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- 内容简介：
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机电工程学院毕业设计方案论证报告 目 录1.设计任务.2 1.1 总要求.21.2 研究内容及主要工作.22.调研.23.文献综述.2 3.1 研究的目的.2 3.2 研究的意义.3 3.3 国内外发展现状.34.方案对比论证及结果.6 4.1 方案的分析与选择.6 4.2 机架结构论证.6 4.3 论证结果.75.工作计划. 76. 参考文献. 9 91 设计任务1.1 总要求 设计要求:小麦淀粉分离器实现小麦淀粉乳与小麦纤维的连续化分离，保证下道工序的工艺需要。要求所设计的分离器结构合理，操作方便，便于安装和维修。 1.2研究内容及主要工作1.淀粉分离器的结构型式;2.防止转子叶片的磨损的材料选型和热处理工艺;3.组合式动态旋转粗粉分离器转子动叶轮的转速采用变频电机调节技术;4.传动型式选型设计;5.组合式动态旋转分离器的密封设计和复合密封填料的使用;6.动叶离心力计算。2 调研11年3月22日，我们小组一同前往食品厂进行参观，在参观过程中我们了解到了现今分离器的应用及发展状况等。通过此次调研，我们了解到淀粉分离器的主要作用及工作原理，并深入了解了淀粉分离器的结构及主要设计要素，此为主要工作。3文献综述3.1 研究的目的：尽管国外学者对分离器用于小颗粒物料的分离早有研究，国外对于淀粉分离用的多级分离系统的研究也取得了一定的成果.但由于被分离物料的多样性和复杂性，因此在分离器的运动特性、几何特性、动力学特性和物料特性方面具体适用于小麦，淀粉分离的并未有成熟的理论结果，基础研究尚不完善。而国内的研究现状更为落后，截止目前，国内对分离器用于淀粉分离的研究仅涉足玉米淀粉，对用于玉米淀粉分离出蛋白质的分离器作了优化设计，并得到分离性能改良的产品;对用于除去玉米淀粉乳中的蛋白质的九级逆流洗涤系统进行了研究并进行了工业性生产.但在分离器应用于小麦慈淀粉方面的研究工作近乎空白.多级分离器系统设计较为复杂，尚未见到国内有关此项内容研究成果的报导.目前国内的分离系统主要是从俄罗斯和荷兰等国进口，这些进口设备彼此之间在结构、尺寸、数童安装、操作参数以及工艺流程上也存在差异，其原理和规律国内尚无人研究。加之，俄罗斯全分离系统中，各级分离器间并非简单的串联，具有一定的代表性。为了全面了解和剖析小麦淀粉全分离系统中各因素对分离管主要性能的影响，全分离系统中各级分离器的工作状态以及影响系统最终分离效率的因素等方面内容，从而设计出具有自主技术权的小麦淀粉全分离系统装置，以填补我国该领域空白，提高小麦，淀粉加工机械水平，因此本课题的实验研究具有较大的实际意义和研究价值.3.2 研究的意义：由上述可知，尽管分离器结构简单、应用面广，但控制其性能的理论仍十分复杂，描述分离过程的数学模型也很不完善，设计时难以准确预测其性能。对于小麦淀粉全分离工作站来说，全分离系统是由十五级并联分离器组以一定的方式串联而成，其工作状况非常复杂。截止目前，国内对分离器用于淀粉分离的研究仅涉足玉米淀粉，对用于玉米淀粉分离出蛋白质的分离器作了优化设计，并得到分离性能改良的产品;对用于除去淀粉乳中的蛋白质的九级逆流洗涤系统进行了研究并进行了工业性生产。但是对于小麦淀粉分离的分离器及全分离系统的研究只有中国农机院的薯类工程中心。而对分离器应用于小麦淀粉分离的单级模型以及全分离网络系统的研究在国内外还属于空白。本文旨在结合生产实践和模拟实验，以相似理论为实验依据，以期建立一组反映分离器分离和操作性能的准数方程，以便分离器的放大和优化设计。该论文的完成将为分离器的优化设计以及放大设计提供理论依据和指导。 3.3 国内外发展现状在淀粉加工业中分离器起着举足轻重的作用，它可用来完成淀粉乳的除石、去砂、澄清、浓缩、洗涤精制等多种操作，还被用来处理含淀粉的废水.因为分离既具有洗涤作用又具有沉降分离作用，洗涤作用是由分离器内存在强大的流体剪切力的特性决定的，分离器内液流中剪切力能使纤维团中夹带的颗粒被释放出来:沉降分离作用则是由离心力场决定的.淀粉生产的工作原理即为淀粉糊浆与水的混合物进入分离管，形成强大的剪切力场和离心力场，在剪切力的作用下，部分与纤维、皮渣、果胶等有机物结合在一起的淀粉被洗涤下来进入水中，最终形成淀粉、可溶性固形物、纤维、渣和水所组成的多相体系，再通过离心分离将这些物质按形状、密度、粒度等诸多因素分离开来荷兰人于1948年首先进行试验将分离器用于淀粉加工过程，并于1949作为鼓质淀粉分离设备正式投入运行。后来人们又尝试着将分离器用于淀粉生产中所涉及的其它分离过程。50年代后期，淀粉乳精炼和浓缩过程被改变，原来的重力沉降分离设备(平筛、沉降槽等)开始被分离器、回转筛等墓于离心力作用的设备所取代，这无疑是淀粉加工技术的一次重大变革。1957年欧洲最大的一家小麦落淀粉厂首次安装运行了一套三级多管分离器组用于淀粉浆的精炼。同一时期，波兰学者Benders第一个用3Omm分离管从小麦，糊浆中分离淀粉，他还设计出淀粉乳除砂用的双底流分离器，于是小型分离器(分离管)开始在淀粉生产中扮演重要的角色。1977年，欧美国家对小麦淀粉浆的分离和浓缩都采用分离管。所用分离管的直径为15毫米，长100毫米，单管的生产能力为300L/h.现在已发展到240根分离管并联作业，每小时可处理72000升料浆.分离器组安排成19级，小麦淀粉糊在没有任何预选或稀释情况下进入第4级，但料流从第3级分离器的底流和第5级的滋流相汇合.浆渣被抛向前三级，同时每台的底流都带着淀粉前进到第4级。淀粉随第4级的底流继续前进，一直流经第19级。淀粉与从第19级加入的洗涤水逆向流动。这一系统只需传统系统用水t的5%，而淀粉乳浓度为22.5波美度，淀粉回收率可达99%.80年代初，波兰学者经过两年的研究工作，设计出更为简易的分离系统用于小麦，淀粉加工。该系统用7级分离器洗涤精制，用3级澄清，2级除砂，而经过现代的小麦，清洗过程，整个系统只需9级分离器。随着研究的深入和技术的不断成熟，到80年代，多级分离系统已在欧洲一些国家的玉米和小麦淀粉厂广泛使用，如荷兰的Niota、瑞典的Alfa-Laval、波兰的Polemics-Coop等公司.分离器在淀粉生产中的应用已经发展到几乎整个小麦淀粉分离洗涤工序都可由分离来完成的阶段。于此同时，在对分离管的设计上，波兰学者Archimedes Spiral发现内壁带槽的管分离悬浮液的效果更好。这种设计是沿分离管的轴向，将分离管柱段和几乎整个锥段内壁作波纹状的槽，槽的形状可以是直条、棱形、抛物线形或三角形等，这样设计尤其对含纤维多的粒状颗粒的分离更为有利。短锥型分离器亦具有对固相颖粒按形态进行分类的能力。这种结构的分离器可用于棕搁果核和碎壳的分离，还可用于小麦，和谷物淀粉工业中，对球形淀粉颗粒和片状杂质进行分离.俄罗斯淀粉制品科研生产联合体经过五年的不懈努力在1986年成功研制成从小麦淀粉糊浆和洗涤后的小麦淀粉渣中分离淀粉的全分离生产线。全分离工序由14-15级分离器连接而成，采用3Omm分离管，逆流洗涤，淀粉乳浓度18-20波美度，淀粉回收率85-87%。俄罗斯小麦淀粉全分离装置已发展成为系列化产品，生产规模从日处理小麦淀粉50到1000吨不等.从小麦淀粉全分离装置的特点看出，投资少、成本低和效率高是这套技术装备的独到之处。因此俄罗斯小麦淀粉全分离装置具有一定的先进性和实用性，具有借鉴和推广价值。该装置研制成功后不久，不仅在俄罗斯得到迅速推广和普及，而且已出口到东欧许多国家，我国和越南也都有进口25.多级逆流洗涤的效果，除与洗涤级数、洗水质量和操作条件有关外，还取决于各级分离器组中分离管的结构。目前从小麦淀粉糊浆中分离精制淀粉乳的工艺过程一般由15-19级分离器或7-9级曲筛加上8-g级分离器来完成，各级分离器由不同数t的旋管并联组成。分离器的结构形式很多，常用的有瑞典的Alfa-Laval公司的ALCL与MOCL型号，按处理t不同每组分离管个数从20到1016个不等.近期，国外所从事的分离器系统的研究主要集中在对系统的工作性能做出可靠性预测，实现自动化控制以及改进分离管的单元设计，简化系统结构，提高系统效率两方面.进一步的研究工作表明，通过应用特别设计的分离管和分离器以及适当的管路流程，减少小麦淀粉加工的用水童，以及分离器和泵的数量是完全可能的。国内对分离器应用于淀粉生产的研究起步较晚，自1981年从国引进玉米淀粉精制用分离管直径为10mm的分离器逆流洗涤系统以来，也日益重视这项技术6。国内仿制的分离管，一度洗涤效果达不到设计指标，洗涤后淀粉中蛋白质含t常在0.5%以上，有时达0.8%-1%。成都科技大学的陈文梅教授等人对此曾做过一些研究工作。这些研究以玉米淀粉粗浆作为试验物料，以单级试验为基础，探索了直径10mm的分离管并联而成的分离器组的基本流体动力性能和分离性能。他们通过试验和理论分析，针对华北制药厂引进的美国DORR公司的分离管，改造了其进料口与底流口的结构与尺寸，提高了分离性能，扩大了处理能力，并把材料由尼龙改成聚甲醛，从而提高了其耐磨特性。他们曾提出过探索多级申联分离器组及优化设计的问题，但受科研条件等限制，对多级分离器逆流洗涤系统设计机理的研究并未深入下去。近年来，该领域的研究工作还是一片空白。目前，国内用于小麦淀粉生产的多级分离器逆流洗涤装!主要是90年代从俄罗斯和荷兰进口的，2000年农机院完成了国家计委的农副产品加工关键技术与示范工程中小麦淀粉全分离关键技术与装备项目，填补了国内空白。4 方案论证4.1转鼓结构选择论证锥型转鼓圆锥筛的锥型转鼓的锥角对圆锥筛的性能影响是很大的。必须根据淀粉颗粒的特性，正确选择合理的转鼓锥角。方案一：采用大锥角的转鼓。方案二：采用中等锥角的转鼓。方案三：采用小锥角的转鼓。论证：采用大锥角的转鼓可以提高生产能力，但滤渣含湿量也随之增高，且锥角过大，滤渣太湿，无法满足生产要求；采用小锥角转鼓，物料在转鼓中的停留时间延长，滤渣干燥程度提高，但生产能力降低，如果锥角过小，物料将会停滞在转鼓上，无法进行自动卸料。中等锥角的转鼓，它的经验值是30-50度，在此次设计中取其中间值40度。中锥角转鼓能使物料在旋转中能分成两层，分别沿孔筛流出和沿锥斜面向下运动，在保证生产能力的同时也保证了物料不在转鼓上停滞，能自动卸料，确保了圆锥筛的分离效率。所以采用方案二。4.2机架结构论证方案一：采用铸造机架。方案二：采用焊接机架。论证：圆锥筛的设备一般情况下会布置在加工厂的二楼，而不会在底层，这就要求机架要整体结构紧凑，且重量轻。铸造机架的精度比较高，但重量比较大，对建筑有较大的负荷，如果安装数量较多的话，对建筑的承受能力将会有很大要求。由于对机架的精度要求不是很高，而焊接的机架主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成，所以焊接机架与铸造机架相比具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便、材料利用充分等优点，在很多机器外壳的制造生产中都广泛使用。所以方案二比较合理。4.3 论证结果上述从淀粉加工的工艺过程以及其他方面考虑，对设计圆锥筛需要考虑的因素和一些需要注意的问题进行了初步的方案论证，有待于在进一步的设计中改进。在初步的方案论证中设计的锥式分离器能实现连续化、自动化作业。达到淀粉与纤维的分离，并且满足下道工序的工艺要求。所设计的分离器结构紧凑合理，设备操作方便，便于安装和维修。整体结构的分析正确，所用的视图表达方法正确、表达清晰。初步拟定的总体方案合理可行。5毕业设计工作进度计划：5毕业设计工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容收集资料、撰写方案论证报告、进行外文资料翻译确定总体方案，绘制方案图总体设计，计算、绘制总装图、部装图细部结构设计、计算、绘图撰写说明书、整理资料、答辩准备论文答辩6主要参考文献1.李浪,周平,杜平定遍著淀粉科学与技术河南科学技术出版社1993年2.苏IB.P.柯斯明科,A.E奥甫琴尼科夫B.M高尔巴托夫著王启尧译淀粉生产中国食品出版社1986年3.王肇慈遍著三薯综合加工利用中国食品出版社1988年4.张先达当代国外淀粉加工新技术机械工业食品装备设计研究所1993年5.刘宾,杜红霞马铃薯淀粉:老产品，新前景食品科学19976.褚良银,陈文梅,戴光清,李建明,李晓忠,方为茂遍著水力旋流器化学工业出版社1997年7.庞学诗著水力旋流器工艺计算,中国石化出版社1997年8.雷明光,陈文梅,刘玉良超小型旋流器流体动力学性能和分离性能研究流体机械1999第27卷第7期p6-99.WilliamsonRD.TheuseofhydroeyeloneforsmallPartieleseParation.SeParationSeieneeandTeehnology.1983;N18:1395-141610.陈文梅,褚良银旋流分离器流体流动理论研究与实践第三届中日合作过滤与分离国际学术讨论会1997年10月11.褚良银水力旋流器应用开发与进展过滤与分离1998年第1期p14-1812.陈海液一液旋流器结构参数实验优选及其内流场测量汇硕士学位论文北京:石油大学1997年13.阎安,李学辉水力旋流器现状及发展趋势石油机械19%年增刊第24卷巧9一16314.邱家山磷酸污水封闭循环处理系统中的旋流分离，过滤过程的实验研究及数模建立，成都科技大学硕士论文，199315.高源马铃薯淀粉全旋流分离实验研究中国农业机械化科学研究院学位论文2001年16.阎安,李雪辉水力旋流器现状及发展趋势石油机械19%年第24卷增刊17.sheng，H.P，welker，J.R.LiquiD-liquiDseperationinaeonventionalDroeyelone，Can.J.Chem.Eng.52，P
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