毕业设计（论文）-滚筒式好氧发酵设备总体设计

III-第一章概述随着人们生活水平的提高，农村城市废弃物越来越多，大规模的畜禽养殖业飞速发展，大规模养殖带来的禽兽粪便越来越多、环境被严重污染、处理成本也随之逐渐提高等等因素成为考验养殖业是否能够健康、环保的发展，成为重要研究问题。据了解，我国每年规模化养殖产生的畜禽类粪便高达38亿t，其使用效率不到60%，也就意味着有大量的粪便没有任何用处需要处理掉。好氧发酵是禽兽粪便资源化利用的有效途径，到现今为止我国经过好氧发酵设备处理的禽兽粪便占总利用的粪便量的50%之多，有机肥年产量高达325000万t。大型养殖场的畜禽粪便应统一处理。据了解，我国现阶段规模化养殖场达到6700多万家，这其中，中小型养殖场占比达到461%，可见养殖业以在我国快速发展。因好氧发酵过程全封闭且拥有各种调节装置进行自我调控，还具有占地面积小、土建要求低，受环境影响小，同时发酵反应后的产品质量和除臭控制效果好，所以有效满足高效、无害、稳定的特质，反应装置不易受天气、地质等环境因素的限制，使用方便具有广阔的发展前景。根据其进出料方式和反应环境的不同，好氧发酵设备分为立式、卧式、仓式等反应设备；滚筒式发酵设备是一种具有搅拌强度大、结构简单、运行成本低、故障率小等优点，在快速好氧发酵等方面将有非常广阔的的应用前景。因为在物料打碎分离时强大的搅拌力度很容易损耗器械，所以发酵设备还有较大的改进空间，开展滚筒式好氧发酵设备的研制具有重要的意义和工程应用价值。在发酵反应的酶菌作用下，使得废弃有机物不断进行分解，产生大量反应热，促进物料中的水分挥发，同时在高温状态下消灭病原体，寄生虫以及各类无用菌群杂质，达到无危害、效率高、稳定性高的处理目的。反应后的产物可以作为有机肥原料，用于种植或化学工业反应，该工艺过程在全封闭条件下完成，且装配有除臭系统，生产过程中没有二次污染。好氧发酵设备利用废弃物循环再利用，生产新能源，促进生态环境平衡发展，节约能源的浪费使用。好氧发酵分类多种多样，本文围绕典型滚筒式好氧发酵设备进行描述理解。1.1发酵设备研发的意义人类的资源是有限的，一味地索取使用而不去创造早晚会无资源可用，到那时再去想要改变已经是为时已晚。发酵设备就是将生活中的垃圾，工业上的废物，畜牧业中的禽兽粪便等二次利用，发酵加工变成可用有机肥料等[8]。农村粪便，秸秆等以及城市中生活垃圾等都是可用于发酵，我们可以用这些物料进行发酵处理，这些东西不加以利用便是污染环境的源头，无论是焚烧还是填埋都会污染环境，也会投入不菲的资金，发酵设备的研发便是要将这些废弃物转变成可利用资源供人类使用，提高利用率使资源重生可持续发展，这就是发酵设备的功用。发酵设备可使废弃弃物变成可利用的资源，从环境角度看即解决了污染问题又解决了能源再生问题，从经济角度看变废为宝，设备可重复利用，资金投入少，有利无害，提高有机肥品质和农村城市废弃物资源化利用水平，好氧发酵已经是畜禽粪便厨余垃圾等资源化利用的有效途径之一，它与人类的生活息息相关，密不可分，这就是好氧发酵设备的研发意义。1.2发酵设备分类发酵设备按照其工作形式又有滚筒式发酵、立式发酵、卧式发酵设备；滚筒式好氧发酵设备：这是一种新型发酵设备，它的主要装置包括底座、发酵罐体、电机驱动装置、进出料装置、曝气装置；其发酵罐内部设有中心轴管、曝气管道和温控系统，罐体驱动装置设置在罐体的外侧和内侧都有，其中包含齿轮驱动装置和回转驱动装置，进出料装置均采用螺旋输送机。其结构简单、占地面积小、曝气效率高、温控效果好、搅拌能力强、能耗较少、进出料操作简单方便。其内部设有3种类型的抄板用于推进物料，搅拌拖起物料，推出输送物料，曝气装置采用变频供风--可控加热--扇形分布。该研究为今后新型发酵设备的研究制造和技术层面的提高奠定坚实的基础。立式发酵反应设备：主要用于城市固体废弃物的处理。与填埋和焚烧处理方法相比,发酵不仅可以使城市垃圾资源化利用，解决环境污染问题，并且设备减少土地占用面积、成本低，亦可回收利用，最重要的是其发酵后的产品拥有改变土质的功效，使土壤肥沃松软可以用于种植庄稼。城市固体废弃物的处理技术主要有填埋、焚烧和堆肥3种。与填埋和焚烧相比，使用立式反应器完全可以达到城市垃圾的资源化、无害化和减量化的目的。图1-1（立式发酵设备展示图）Fig.1-1(Displaypictureofverticalfermentationequipment)卧式发酵反应设备：设备多用于农村和大型农场，现阶段很多农村技术落后，农民还在用老代人的方法，将畜禽粪便堆积在路边、地头等地，使其自然发酵。这种发酵方式不仅大大降低肥效，而且异味严重污染环境，发酵期间长，一定会经历风吹日晒还有下雨冲刷的过程，这样会使其有用资源流失、变质，发酵后的肥料施用还容易引起病虫害。正确的做法是使用卧式发酵设备在畜禽粪便等物料中加入适量的细沙或细土再加入一定量的作物秸秆和水，最后在加入高效的生物堆肥试剂，混合均匀后,让它在高温下进行发酵腐熟,使其变成充分腐熟的有机肥。此方法不仅高效的开发了物料的价值，并且不会污染环境，无异味，大大缩短反应周期。卧式发酵设备承载力较大，适用于大型发酵工作，且应用较为广泛。图1-2（卧式发酵设备展示图）Fig.1-2(Displaypictureofhorizontalfermentationequipment)1.3发酵设备的发展趋势及研发意义将生活垃圾、脱水污泥，禽兽粪便等物料混合[12]，用生物调节剂调节其中的碳氮比、含水量和营养平衡，使其进行生物发酵。好氧发酵设备高效稳定输出，设备调节功能强大，非常适用于我国生活垃圾中含水率较低的特点，通过曝气装置的调节，在经济的基础上达到最佳发酵条件，使其发酵。此方法不会浪费资源更不会资金投入过大。中国好氧发酵设备的研发起步较晚，而且对于堆肥发酵研究不多，一直以静态垛为主研发，可静态垛系统具有较多缺点是当时没有考虑到的，比如堆腐周期过长、占地面积相对大、伴有恶臭、容易受天气等条件影响等。发酵设备的研发，成功克服静态垛的缺点，在快速发酵反应方面将有广阔的应用前景。好氧发酵设备的研发使生活中的垃圾废弃物等又拥有了使用价值，不仅解决了垃圾处理问题又解决了环境污染问题，意义之重大，作用关键；现今科技发达，器械精密程度越来越高，发酵设备的发展形势也是一片大好。第二章设备简述2.1滚筒式反应器的结构及工作原理据了解城市生活垃圾好氧发酵的工艺特点后，确定滚筒式生物发酵反应器结构方案如下图所示。其主要结构是筒体、两档支承装置、动力传动装置、螺旋进料出料装置、储存装置等组成。生活垃圾等物料从螺旋进料装置上的进料口飞速进入进料箱，螺旋进料装置运作由短轴带动螺带旋转，进而推动物料在进料装置内向前移动进入到滚筒体。肉类蔬菜类等物料随着筒体的旋转在抄板的带动下充分混合，并在筒体的进料端输送到出料端的过程中完成好氧发酵反应的整个过程。发酵反应完成后的物料由螺旋出料器收集，成为好（厌）氧发酵的原料之一，在进一步利用。图2-1滚筒式反应器Fig.2-1drillingprocessdiagram（1—螺旋进料装置；2—进料箱；3—筒体；4—带挡轮支承装置；5—传动装置；6—无挡轮支承装置；7—螺旋出料装置；8—出料箱）2.2主体结构发酵设备的“滚筒”主要用于盛放发酵物料，实现升温发酵腐熟，主要组成：滚筒、端盖、电机和支架等部件。滚筒的设计是双层夹芯钢筒，这其中包括内筒、外筒和保温层。内筒与物料直接接触，材料使用不锈钢板卷制而成，内壁一定要设置不适合的抄板（用于搅拌运送），同时在后面出料装置端设置排液管，用于收集渗滤液。外筒主要用于支撑内筒和保护作用，材料使用碳钢材料制成，滚筒表面不安装滚圈用于带动转动。保温层采用保温性能好、且易获取的聚氨酯，进行过热损分析计算后，550mm最适合选定为保温层厚度。在滚筒的前、中、后部筒壁上都设置取样孔和温度传感器，可用于时刻监测设备内部温度情况和检测物料腐熟情况，随时做好调整记录。1、滚筒体由内筒体、外筒体、保温层组成。2、搅拌装置针对污泥发酵过程中易结团结块的特性设置，当污泥洒落、翻动的时候，新鲜污泥和腐熟好的污泥已经被充分混合。3、曝气通风设备在堆肥反应中有一根曝气通风轴。4、传动装置由电机带动短轴进行旋转。5、渗滤液收集装置由设在筒体尾部由阻料抄板、积液箱、垃圾箱导流管构成。2.3运行方式既能连续运行且能重载频繁开启停止。发酵过程随污泥等不同的物体不同批次和不同特性的反应时长不同，需要不断调整运行参数，以及运行速度等这就需要设备运行方式有较灵活的改变方案，因此在设计过程中就考虑到须采用这种可以随时改变的操作模式来作为实施方案。所以运行方式既能连续运行也能间歇式运行。2.4滚筒转速应分为两个档位，不分低档转速和高档转速，两档怒应转速根据发酵量及筒体直径而定。高转速档用于曝气和菌剂添加剂的混合时要合理使用，此过程需要均匀化分布，因此须保证污泥等物品在设备内运动的速度，避免污泥等物体初始状态时由于流动性太好跟随转速流动而无法被翻动。低转速档用于通风阶段的污泥等物体翻动，由于通风阶段的污泥温度升高，水蒸气蒸发速度提高，污泥含水率降低，在翻动过程中可能会有粉尘颗粒产生，因此须要保证翻动过程中尽可能保持污泥物料被缓慢翻动，保证通风效果即可，同时不可以也可以降低电耗。（如下图为外观、内部示意图）图2-SEQ图\*ARABIC\s12外观示意图Fig.2-2Appearancediagram图2-SEQ图\*ARABIC\s13内部示意图Fig.2-3Internalschematic2.5抄板的设计图2-4滚筒结构简图Fig.2-4drumstructurediagram（1.曝气电风机2.空气加热器3.曝气管道4.托轮5.抄板6.带链轮7.转轴8.排液管9.出料口10.出料阀门11.取小样口12.温度传感器13.箱型滚圈14.迷宫式结构密封15.排气口16.进料口17.保温层）抄板的作用是用于实现物料混合和横向移动。在内筒内沿轴向布置3段抄板，依次是推料抄板、平行抄板、阻料抄板，其中推料抄板设置在进料端，推料抄板与滚筒轴线呈45°夹角，作用就是将物料运送到滚筒体内，滚筒周围共需设置8组推料抄板实现运送物料；平行抄板设置在滚筒的中部，作用是将物料稳定托起，实现物料之间的充分混合，抄板高度应为滚筒直径的1/10，这样的尺寸设计混合物料及轴向运送物料效果最佳，结合滚筒直径，设计抄板直边高度为456mm，折边高度为1145mm，折边角度为1235°，根据运送物料的要求滚筒周围设置8组平行抄板；阻料抄板设置在出料口位置，作用是降低物料向出料端的移动速度，使物料有足够的时间进行发酵反应，考虑出料需求，应设制阻料抄板与滚筒轴线呈14535°夹角，按设计要求在滚筒周围设置845组阻料抄板。抄板的作用在于随时参与物料的流动，进料时推料抄板将物料稳定运送至筒内，混合式平行抄板参与物料的翻抛，出料时阻料抄板控制出料速度，它与物料时刻相关直接控制，所以了解它的作用以及设计过程很重要。第三章总体设计3.1参数选择3.1.1原始数据螺旋推进器的螺旋推进轴转速为220rpm[7]；电机轴功率18.5kW；螺旋推进轴的轴向直径为D=65mm混合器形式；螺旋推进器应为上下两层，且上层为推进式，下层为箭叶盘涡轮式。其结构图如下:图3-1推进桨叶发展图Fig.3-1DevelopmentDiagramofPropellingBlad3.1.2设计压力设计压力应为工作压力的1.1倍。3.1.3设计温度设计温度为25度3.1.4主要构件材料的选择气缸材料的选择：根据设计压力和温度，以及设备的安全性和经济性，核对GB150-1998表4-1，选用0Cr18Ni9圆筒材质。3.1.5基本选择1、由于是螺旋推进，所以不选用内盘管式传；螺旋推出器采用立式容器中心进行螺旋推进，由于是液-液混合，为了使螺旋推进均匀，取涡轮螺旋推进器，为了防止底部析出，下叶片距底部的高度不宜过小。2、散方式：不应选择不选U型夹套式；3、密封形式：不适用机械密封；4、传动方式：不选滑轮传动。3.2滚筒厚度计算设滚筒的厚度在5845845841456～1645mm的范围内，查GHIUGB1150-1998得到:145C以下;设计压力P=1.1×0.5=0.55Mpa利用中径公式: （3-1）根据标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基本规定》，钢板厚度负偏差为0.8mm。检查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基本规定》，找出不锈钢对轻微腐蚀的介质的腐蚀程度。则圆筒设计厚度:4.35+0=4.35mm为了安全起见，圆整后的标称厚度是理想的。有效厚度3.3壁厚设计公称直径见JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》[14]图3-2壁厚Fig.3-2wallthickness表3-SEQ表\*ARABIC\s12系数K1值Table3-2CoefficientK1valueD0/2h02.62.42.22.01.81.61.41.21.0k11.181.080.990.900.810.730.650.570.50注：1.中间值用内插法求得。2.K1=0.9为标准椭圆形封头3.选择标准圆头所以1H=375mm，H2=25mm；按GB150-1998中圆水头计算公式: （3-2）同上，四舍五入后取外压作用下筒壁和圆封头的厚度设计在外部压力下，设计压力Pc=0.5*1.1=0.55MPa；假定圆筒的设计厚度有效厚度 （3-3）为气缸的临界压力，因此，圆筒的公称厚度取圆头厚度必须小于圆柱体的厚度3.4填料高度在已知条件下可用，填料的体积可以计算出h1=2.58m，所以最好的设计是二次螺旋推进和U型夹套传。3.5厚度余量对于不锈钢，为厚度余量；3.6轴的设计和验证轴的最大扭矩；3.6.1传动轴长度的确定L=H1-H2+HF+HT=400-230+400+3750=4320mm3.6.2轴径的确定τ=T/W=16T/π（3）di≤τ为简化计算，宜采用等径轴，材料选用不锈钢同时，从《螺旋推进设备设计》中可以看出[1]，如果不考虑弯矩的影响，而是用一个系数代替，则是可用的。出于安全考虑，最好取中间较小的数值。表3-SEQ表\*ARABIC\s13由减速器确定轴径Table3-3Theshaftdiameterisdeterminedbythereducer型号（P型窄V带）电机功率(KW)电机转速（r/min）传动比出轴速度（r/min）FP18.59904.5220出轴直径(mm)允许轴扭矩（纳米）中心距(mm)a键槽b宽度(mm)减速器重量（Kg）65H6220072827850由此，减速器可以大致确定轴径如下：图3-SEQ图\*ARABIC\s12单跨螺旋推进轴典型应力模拟图Fig.3-2Typicalstresssimulationdiagramofsingle-spanspiralpropellershaft3.7齿轮装置基本计算1、齿数比μ[5] （3-4）2、分度圆直径 ==20×22=440mm==20×132=2640mm （3-5）3、齿宽b =mm （3-6）4、齿宽中点分度圆直径 = （3-7） = （3-8）5、齿顶高 （3-9） （3-10）6、全齿高 （3-11）7、大端齿顶圆直径 （3-12） （3-13）8、齿根角 （3-14） （3-15）9、齿顶角 （3-16） （3-17）10、平均模数 =2×（1-0.5×0.33）=1.67 （3-18）11、平均分度圆直径 =30×（1-0.5×0.33）=25.05 （3-19） =34×（1-0.5×0.33）=28.39 （3-20）3.8螺旋推进轴和螺旋推进盘有效质量计算3.8.1螺旋推进轴有效质量的计算其刚性轴的有效质量计算，因为在发酵过程中推进轴与物料直接接触轴上必会粘带物料，所以推进轴有效质量等于其本身的重量加上沾滞在轴身上的物料的质量。还有固体垃圾物料的重量对此如下式计算[3]： （3-21）3.8.2螺旋推进圆盘有效质量的计算刚性螺旋推进器轴上的圆盘等于有效质量等于圆盘自身质量加上沾滞在螺旋推进器上的物料质量，对此如下式计算： （3-22）式中：第i个螺旋推进器的附加质量系数由上式差值求得。-为第i个螺旋推进器的直径，mm；-为第i个螺旋推进器的叶片宽度，mm；由上式进行计算。表3-SEQ表\*ARABIC\s14曲叶圆盘涡轮螺旋推进器的尺寸Table3-4DimensionsofcurvedbladediscturbopropDJdD2D1D1D0δbh60065100400M10M106120100H1H2lL1键槽允许转矩重量bT15401501901869.41050.514.9公斤从所选螺旋推进器中可以找到以下参数:表3-SEQ表\*ARABIC\s15搅拌器附加质量系数Table3-5Stirreradditionalqualityfactor叶片数叶片角θ附加质量系数Nk20°（直叶）0.31245°（斜叶）0.3130°（直叶）0.27345°（斜叶）0.1740°（直叶）0.29445°（斜叶）0.2960°（直叶）0.53645°（斜叶）0.30从上面两个表中可以得到以下数据 （3-23）代入公式可以计算： （3-24）3.9临界转速的计算对于两端简支的等径单跨轴线，键S处轴线的等效质量为： （3-25）第i个圆盘在中点S处的有效质量的等效质量为：千克类似地：代之以上式：因此，S点的总等效质量为： （3-26）临界速度为： （3-27） （3-28）从液-液混合下表中可以看出临界速度：表3-6临界转速Table3-6criticalspeed搅拌介质刚性轴柔性轴搅拌器（叶片式搅拌器除外）叶片式搅拌器高速搅拌器气体n/nk≤0.7n/nk≤0.7液体—液体液体—固体n/nk≤0.7和n/nk≠（0.45-0.55）n/nk=1.3-1.6液体—气体n/nk≤0.6n/nk≤0.4不推荐不能满足条件。为了解决上述存在的问题，提高临界转速，在轴中部加装轴承，以提高其稳定性。如下图所示：重复上述计算步骤，根据经验，中间轴承的以下部分可以不考虑。D=65毫米 （3-29） （3-30）所以 （3-31）根据下表：表3-7临界转速Table3-7criticalspeed搅拌介质刚性轴柔性轴搅拌器（叶片式搅拌器除外）叶片式搅拌器高速搅拌器气体n/n≤0.7n/nk≤0.7液体—液体液体—固体n/nk≤0.7和n/nk≠（0.45~0.55）n/nk=1.3~1.6液体—气体n/nk≤0.6n/nk≤0.4不推荐满足设计要求3.10曝气系统设计通过对滚筒内部物料分布状况的分析，滚筒式好氧发酵设备中曝气管采用不锈钢管作为扇形空气结构来提高腐蚀性，如下图所示。筒式发酵反应器中曝气系统主要由曝气管、供气管道、旋转接头、曝气风机等组成。曝气沿滚筒轴向放置，在内管壁上总共安装三个或五个平行的曝气，相邻两个之间的角度为1260°，曝气通过旋转连接器连接到气泵，以满足滚筒旋转时的曝气要求，供气发动机的另一端连接到通风风扇。在整个操作过程中，通过空气加热器(旋转连接器)进入通风管，然后通过空调气流流到滚筒内的各个位置。图3-3曝气系统Fig.3-3aerationsystem（1.曝气风机2.空气加热器3.供气管道4.旋转接头5.曝气管道6.发酵滚筒7.进管）曝气系统主要作用是好氧发酵过程中输送氧气、脱水和温度控制。曝气速度和频率不是系统曝气设计的关键参数，它与好氧发酵系统所需的通风密切相关，且适宜的速度与频率会使物料充分混合。理论最大通风通量选定为最初设计依据，理论通气量的计算通常包括好氧发酵物料中的生物降解有机材料和好氧发酵物料脱水所需的总通气量。（1）生物降解有无机质降解完成所需的通风量在不同的发酵阶段降解有机物的降解率不同，降解符合Monod降解动力学方程式[6]:化学发城市Vbvs=-ki*w（BVS）vBVS是有机化合物的分解速率，kg/d；BVS是airbicro、reed的发酵中BVS的含量，ki是系数，有机物的分解速度以及d-1和i=1.2.3受到沿系数的高温和非寒冷期间有机物的分解速度以及氧分量的间隙等的影响。其中，温度对反应速度影响最大。因此，将温度选择为反应速度和水量的主要影响因素，根据现有研究，分数氧含量和自由空间区域被选择为校正因素。并有如下关系式：Ki=Kti*Km*Ko2*Kfas在kTi式中，温度对不同反应阶段反应速率的影响系数i=1，2，3对应于周期。一般情况下认为比较适宜的堆体含水率在60%左右；（2）脱水所需要通风量脱水是反应器发酵过程中的重要指标，严格控制脱水量对反应至关重要，一般释放物质的水分含量应低于可用研究的30%。根据已有的研究表明，单位质量水分蒸发量计算公式满足：下式为脱水所需通风量计算Ms=1-Se/Se-1-Ve/1-Vr*1-Sr/Sr水分蒸发剂量公式中，Ms单位干物体水蒸发量；Se最终物质的含水量，Ve是最终物质的挥发性，Vr是最初物质的挥发性，Sr是初期材料的含水量。水分蒸发所需通风量应满足下式：G=Ms/ω1Φ1-ω2Φ2经计算，由于计算材料初始含水率为66，8547L，干燥材料蒸发1kg所需的空气量为16，847L。通气对整个好氧发酵过程中脱水有必要的满足下式：此类舒适的化学方程式M=6.739cV概括系统的通风速度，所有好氧发酵范围内脱水理论通风速度所需的有机化合物通风速度的总和应为21953.21m3。曝气速率及曝气频率的选择滚筒式反应器，根据不同阶段所需不同曝气时间Tin与曝气间隔Tout，应满足以下关系：（Cin-8%）VinTin>V0（Tin+Tout）式中Vin为调整曝气速率；Vo是氧气消耗速率，不同阶段通风速率不同，可知升温期氧气消耗的速率为0.4747L/min，高温期为0.5569L/min，降温期为0.04548L/min；Cin为进入发酵滚筒内的空气中氧体积分数。曝气频率选择：考虑到采用连续供给、出料的好氧发酵模式，加热期间内的材料、高温期间和冷却期间同时存在，反应器的通气管线主要是直线管，材料存在于加热期间、高温期间和冷却期间，因此，不同阶段的材料曝气要求可通过以相同曝气时间和不同曝气速度控制曝气来满足。根据不同的输出时间Tin，选择具有最大比例的高温期间作为时间间隔基准。为了减小反应器中氧气体积分数的变化，曝气时间Tin是112分钟，曝气间隔时间是每1128min。曝气速率的选择：为了满足需发酵物质的有机物降解和脱水要求，需要根据材料在不同阶段的滞留时间和透气频率，与有机物降解和水的脱去相结合来确定不同阶段的合理通风量。根据所述发酵材料的质量，选择加热期间的通风量为112L/min，高温期间的通气量主要以有机物的分解和水分除去为重点，用于实现物质的迅速分解脱水。根据预备试验，加热期间材料的水分量在结束时判定为4553%和40%。根据有机物的分解，高温期的通气速度选择为11454L/min，冷却期间的通气主要用于实现材料的脱水。根据预备试验，冷却期间最初的水分量被判定为41.0%，结束时的水分量被判定为30%。基于上述，冷却期通风量速率为1000L/分钟。另外，为了减弱脱水效果，冷却期间不选择11140L/min的气流速度。第四章主要部件的选择4.1减速器的选择根据给定的电机功率，转速和计算轴径范围，可选择型号为FPV5，其具体参数如下：表4-SEQ表\*ARABIC\s11减速器参数表Table4-1Stirreradditionalqualityfactor型号（窄V带）电机类型电机功率(KW)电机转速（r/min）传动比出轴速度（r/min）FPV5-26-I18.52204.5220出轴直径(mm)允许轴扭矩（纳米）中心距(mm)键槽b宽度(mm)键槽深度t(mm)减速器重量（Kg）65220072816908504.2联轴器的选择联轴器的作用是将动力有效传输，连接各装置，其承受压力较大要严格选择。由于螺旋推进器装有底部轴承作为受力支点，因此单支点框架是最佳选择。此时螺旋推进轴与减速器之间的联轴器最好选用JQ型弹性联轴器，型号为JQ-55。其具体参数如下:表4-SEQ表\*ARABIC\s12TK弹性联轴器参数表Table4-2TKelasticcouplingparametertable模型孔径(mm)D(mm)lL1L2l0JQ-55551351902483100N-DD1D2A1B1T重量（Kg）6-1467476559.310.854.3密封设备对气密性要求较为，发酵反应时会通过曝气装置严格控制空气流量，所以其余部分的气密性应保证不会影响到发酵反应。严格根据“温州江南减速器厂”的标准，发现根据压力，温度，转速，介质特性，可选用机械密封204。其具体参数及结构尺寸见“温州江南减速器厂”标准。机械密封通常有四个密封点：（1）静座与设备之间，不采用凹凸密封面；（2）静座与静连环环之间，使用各种形状的弹性辅助密封圈，被采用来防止静环和静环座之间的介质泄漏；（3）静连环与动环之间，会形成薄液膜是由于弹簧作用力形成，用以平衡压力并润滑末端面。（4）动环与轴之间，密封件可采用O36形环。且密封要经过严格测试，随时调整更换，因为设备工作强度大，周期较长多以对于密封的要求也较为严格。4.4底轴承选型根据轴体和整体结构，可选择三足(SZ)型。型号为SZ-130-S1，其参数如下表所示:（注:此直径下参数采用差分法计算）表4-SEQ表\*ARABIC\s13三足(SZ)参数表Table4-3Tripod(SZ)parametertable标称直径(mm)d1(mm)d2(mm)d(mm)D1(mm)a(mm)h(mm)h(mm)重量（Kg）504580200498209023013.54.5中间轴承的选择根据轴和中间轴承的整体结构，可选用三拉杆式SL型，其标型代号为SL-65-1500。表4-4中间轴承Table4-4intermediatebearingdD1L1D1D2D3H1H2L1L26595100260300350802101216L3L4L5L6L7L1L2Kg60402904096121439公斤4.6风道系统风机的选择空气发生器是鼓型发酵罐之类的空气发酵罐必不可少的辅助设备之一。发酵产品中的水主要使用空气传递量来发酵水。因此，除了考虑发酵产品的特性，最终产品的质量要求，发酵过程和燃料供应条件之外，空气产生的方法还综合考虑了各种因素，例如单位投资成本和操作条件。您应合理选择自动控制的程度，并适当通风。通常有两种类型的风机，直接排烟型和间接交换型。请选择直接吸烟的类型。直接空气风机器使用燃料直接燃烧以形成空气。它直接接触发酵产物并风机发酵。这种方法的燃料消耗约为蒸汽和其他间接风机器的一半。因此，直接烟道气设备的选择应以不影响产品质量的指标为依据（不需要发酵产品的清洁度）。燃料是液态原料：重油，成本低廉，节省成本。通过重油燃烧反射获得的高温燃烧气体进一步与外部空气接触，混合以具有期望的温度，然后进入旋转气缸。表4-5发酵系统各部分流体阻力Table4-5Fluidresistanceofvariouspartsoffermentationsystem项目流体阻力(PA)燃烧室负压在炉排下面有一个鼓风机-20炉排下面没有鼓风机。-500～-600旋转圆筒发酵设备的流体阻力100-150旋风除尘器的流体阻力600～800离心风扇通常用作发酵罐中使用的风扇。旋转缸通常在负压下运行。选择低压离心风机。风扇制造商指定离心风扇具有五种不同的传动方式。a型悬臂支撑，皮带驱动，轴承之间的滑轮。b型悬臂支架，皮带传动，皮带轮外轴承。c型悬臂支架，联轴器驱动。d型双支撑装置，带外皮带轮。e型双支撑装置，联轴器传动。无需任何特殊要求即可使用a型，结构简单，占地面积小。离心风扇的旋转方向和风口位置可以独立选择。这取决于操作和观察的难易程度。4.7分离器和进料器发酵过程中会产生蒸汽。蒸汽也是发酵产物发酵过程的产物。扬尘不仅增加了各种原材料，燃料和电力的消耗，而且还增加了产品成本并污染了环境。因此，水蒸气的回收是与低成本环境保护相关的重要问题。因此，有必要根据发酵产物的特性，含量和粒径以及发酵产物的温度和压降，选择合适的旋风分离器进行发酵和回收。旋转分离器是一种被广泛使用的除尘器。其特点是结构较为简单，成本低，不容易制造，管理方便，运行可靠，促销效果好。灰尘多的气体可以直接分离，压力损失小。此外，旋风分离器对于几微米以上的原始蒸汽非常有效，使其非常适合于旋转式圆筒发酵罐中的蒸汽回收。使用旋风分离器时，必须注意防止在排灰过程中漏气并影响除尘效率。将集灰斗安装在底部，冲洗阀或旋转阀安装在集灰斗下方。常用的旋风分离器主要包括XLT/A型旋风除尘器，CLG多管式除尘器和XLP型旋风除尘器。XLT/A型旋风除尘器的净化能力可以满足从170米/小时到42780米/小时的各种广泛使用的要求。在这里，我们还选择XLT/A旋风分离器。选定的进料通过皮带输送机送至料斗，并通过进料倾斜管通过料斗和定量进料器的控制机构进入发酵罐。螺旋输送也可用于卸货。4.8保温层为了减少损失，同时为了安全运行，改善运行条件，需要在气缸上增加保温层。对发酵产物，设备壁温接近80℃。表4-6工矿常年运行允许最大散损失Table4-6Permissiblemaximumlossforindustrialandminingoperationsthroughouttheyear设备壁温(℃)50100150200250300350400450500最大允许散损失W/m5893116140163186209227244262查表插值计算允许的最大散损失: [Q] （4-1）根据允许损失计算保温层厚度:选择单层保温结构。 D （4-2） （4-3）式中：d-保温层外径，m；D-设备外径，D=1000+2×10=1.020m；安装容重下的导系数；--隔层表面向大气的放系数；T-外表面温度，T=80℃；T-环境温度，T=10℃；泡沫石棉用作保温材料。表4-7常用保温材料性能Table4-7Performanceofcommonlyusedinsulationmaterials零件名称密度kg/m室温导系数W/(㎡×℃)导系数参考方程泡沫石棉500.053）=0.053+0.0001410=0.0544W/(㎡·℃) （4-4）使用温度，T=80℃；4.9搅拌器和挡板搅拌器的主要功能是搅拌和质量传递。即使引入的空气分散到气泡中，使其充分发酵混合，以增加气--液界面，从而获得所需的氧气溶解速率，细胞会悬浮并分散在发酵系统中，以保持适当的气--液--固三者混合质量转移传递，同时增强热量传递过程。因此，在搅拌器设计中，搅拌应使液体抛撒有足够的径向流动和适度的轴向运动。大多数搅拌器采取涡轮型、涡轮型平叶片型、弯曲叶片型和箭头型。涡轮增压器轴向混合较差，且混合强度随着混合轴距离的增加而减小。当混合环境较浓时，混合效果会随之减小。可以使用涡轮发动机和推进脉冲发动机的混合系统来增强轴向混合物。本设计根据设计要求采用涡轮式搅拌增压器。挡板的功能是防止在液体表面中心形成旋涡流，并增强湍流和溶解氧的传输。隔板的高为从油箱底部到设计的液面高度。4.10确定电机挡轮旋转桶发酵罐的旋转速度非常慢，并且当电动机将扭矩传递到桶上时必须降低转速。减速速度比较快。它通过第一级开式齿轮从减速齿轮输出轴的小齿轮传递到连接到气缸的环形齿轮，以使气缸旋转。（1）电机选择旋转圆筒发酵罐用于发酵锯末的固体颗粒。运行期间环境温度会升高。水蒸气比普通选举电机更具防尘，防腐蚀和防爆的作用。它还需要通风和冷却。另外，可以使用旋转气缸电动机来驱动发电机的进给和电机，以实现进给和气缸速度同步。（2）档轮齿轮装置的中心角采用单传动，中心角为30°。齿轮盖具有半封闭结构。确定齿轮盖的宽度时，应考虑气缸体2u=40mm的轴向动量。齿轮盖的宽度是齿圈的宽度（90mm）加上轴向通道动量的两倍，即确定距离。齿顶圆与齿轮盖之间的距离为100mm，并且在侧壁和周壁上均设有观察孔，可轻松检查被测齿的啮合情况。第五章圆筒的弯矩和应力计算5.1支点位置的确定除考虑支点位置的结构要求外，还应按弯矩相等原则进行设计，如下图所示[10]:图5-SEQ图\*ARABIC\s11支点位置Fig.5-1Pivotposition，按等弯矩原理计算: （5-1）式中：Z-圆柱体的总长度，Z=14m；Z=1m；均匀负载，Q=0.389kg/m=3.812牛顿/米；P-集中载荷，齿圈重量P=800kg=7840N。图5-SEQ图\*ARABIC\s12圆柱体径向受力图Fig.5-2Radialforcediagramofcylinder均布荷载引起的弯矩：图5-SEQ图\*ARABIC\s13均布荷载引起的弯矩Fig.5-3Bendingmomentcausedbyuniformload集中荷载引起的弯矩：图5-SEQ图\*ARABIC\s14集中荷载引起的弯矩Fig.5-4Bendingmomentcausedbyconcentratedload5.1.1均布荷载引起的最大弯矩 米【9】 （5-2） （5-3）所以： 米 （5-4） =Pa （5-5）5.1.2集中荷载引起的弯矩 N·m（5-6）P=P=800kg=7840N，A=100cm；B=700cm；厘米。假定均布荷载引起的弯矩和集中荷载引起的弯矩作用在同一表面上， （5-7）5.2弯曲应力计算 （5-8）式中:m2.058N·m；（5-8）柱焊接系数，0.9；温度系数，取1；W型管截面模数，(cm)；W===8.01[-许用应力 kgf/cm=2。85MPa<9.8MPa （5-9）5.3支座反力计算A点扭矩平衡B点扭矩平衡5.4发酵罐的总重量已知发酵罐中发酵液的体积为v=45742.189m3，发酵液的密度ρ1=1080kg/m³，不锈钢的密度为ρ2=7930kg/m³；发酵罐的壁厚是D=14mm，筒体高为H=19500mm，封头的直边高为H1=50mm，曲面高为H2=1950mm。根据上述参数，可计算出发酵罐的体重。（1）封头质量m1根据压力容器封头《GB/T25198-2010》的封头质量计算公式：==348.6×（20.371+0.3907）=7.24×103（㎏）则两个封头的质量为：（2）圆筒体的质量m2把筒体看作长方体，则圆筒体的体积为：==6.69(m3)

则圆筒体的质量为：

=5.31×104（㎏）（3）发酵液的质量m3=742.189×1080=8.02×105（㎏）（4）附件质量m4附件的质量约为1000㎏，即m4=1000㎏。（5）总质量m总=1.448×103+5.31×104+8.02×105+1.0×103=8.57548×105（kg）第六章主要装置信息6.1进出料装置进气口，供应口和气缸的起点通过焊接的箱形结构连接。焊接箱的结构尺寸基于以下假设：零件之间没有干扰，并且焊接箱的尺寸和厚度是可调节的。入口开口由烟道气的末端确定，入口管开口由发酵产物的输出确定。采用可调节的滑板结构，并且通过滑板的垂直运动来改变孔径大小。滑板和进料斗的料斗用螺栓和蝶形螺母连接，以便于调节。水管由水套保护，以防止因冒烟而损坏水管。为了保护水管的材料，水管的壁温度在水的沸点处升高到100度[11]。排放端包括锯末和可调节开口的出气口，出气口由连接的分离器的进气口确定也采用焊接箱结构。请使用与供给侧相同厚度的钢板。箱体由铁焊接的箱腿支撑，下部焊接的方形钢块通过底腿的螺栓连接到基础。径向式密封用于进料端和气缸之间的连接。结构简单，没有接触面，没有磨损问题，不受气缸运动的影响。旋转发酵罐密封发酵装置的进料和出料端是固定的，在与连接处需要密封装置。防止发酵产物，发酵产物气体和冷空气泄漏。旋转缸在轻微的负压下运行，并且在旋转缸和接头之间不可避免地存在间隙。必须安装密封装置，以防止空气吸入，以及钢瓶内部空气携带的发酵产物泄漏到外部并污染环境。要求[13]：1、良好的密封性能。2、适应工作中气缸的形状误差，并且可以沿轴往复运动。3、磨损轻，易于维护和修理。4、结构尽可能简单。使用径向式密封。密封允许空气流过弯曲的通道，从而形成流体阻力并减少空气泄漏。考虑到气缸容积本身的密封件的制造误差，气缸轴线的刚度和弯曲度，相邻的环之间的间隙不应太小。6.2滚筒体滚筒调试不当会增加滚筒上的力，增加旋转时消耗的动力，并增加传动齿轮，滚筒和支撑辊的磨损[15]。正确使用的第一个前提条件是，所有支撑轮座都在水平线上以指定角度笔直。确保支撑轴距需要调平。成功调试旋转滚筒后，将其安装在支撑轮上时将保留其外圆柱轴和直线轴，并且在旋转时不会失去这些特性，所有支撑轮必须分担时间负载。由于各种原因，滚筒操作期间可能会失去其原始形状，例如气缸的局部过压，维护辊的维护错误和磨损以及地基的沉陷，支撑辊装置的精度受到损害，物料过重滚筒转速过快导致一些设备不堪重负损坏等问题，应合理使用。6.3无菌空气系统在部分发酵反应的过程中是需借助辅助设备一起完成发酵过程的[17]，辅助装备有很多最常见的如无菌空气系统：无菌空气系统：在好气性的发酵过程中，大量无菌空气需要引入设备。使空气绝对无菌是不可能实现的，无菌空气的制备也会使经济的投入大幅增加。因此，空气达到一定的指数就足够了，发酵过程中无菌空气要求几个标准指标，如无菌、无尘、无杂质、无水、无油、正压等重要指标。发酵过程中要求的无菌空气的无菌程度，不会被细菌在发酵过程中被无菌空气污染既满足要求。一般来说在工程设计中，过滤空气的无菌度达到N=10（-3）。制备无菌空气的处理过程：空气高空取气管除尘器空气压缩机贮气罐一级冷却器油水分离器二级分离器除雾气加热器总过滤器分过滤器无菌空气6.4装置三维展示图5-5齿轮装置Fig.5-5GearUnit 图5-6出料装置Fig.5-6dischargingdevice6.5设计小结滚筒式发酵设备是一种具有搅拌强度大、结构简单、运行成本低、故障率小的设备，在快速好氧发酵等方面将有非常广阔的的应用前景。这种设备的研发必定是有益于人类的无论是从环境保护的层面还是有机肥料制备的层面，好氧发酵设备都很好的完成任务。从起的初文献搜集开始，我就对好氧发酵设备产生了浓厚的兴趣，因为他的研发为能源环境做出了重大的贡献。它是由进出料装置、传动装置、齿轮装置、挡轮装置、曝气装置等组成的，第一步进料开始由电机带动进料抄板将物料运送到滚筒体内，在经过螺旋搅拌器的打碎分离，进行充分混合发酵，同时曝气装置随时调控滚筒体内的温度，气压和空气含量，为反应提供适宜的反应条件，期间由传动装置匀速转动滚筒使其充分发生混合发酵，最后由阻料抄板将产品匀速运送到出料装置进行出料收集，全过程各装置密切配合缺一不可，这样产出的产品最具有实用价值，将物料的养分发挥到极致。最后发酵完成后，要对设备进行清洗检查，各类仪表都要定期进行校准。滚筒内部的清洁一定要做好，杀菌、消毒、干燥，以及最后检测筒内压强等，以备下一次使用。结论滚筒式发酵设备是一种新型设备。采用电机轴功率18.5kW，该设备采用内部循环系统，并使用螺旋推进桨分散和粉碎气泡。溶解氧比高，混合效果好。它取代了传统的发酵容器，为我们实现大规模生产，最大限度地利用原材料和设备，实现高产量和高效率。好氧发酵是生活垃圾、工业废物