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酒精廠原料粉碎工藝設計要點

日期：2005-03-24　

山東省輕工業設計院蔣煒

原料粉碎是酒精生產中的第一道工序，也是最令生產管理者操心的工序，除了要完成既定的產量要求外，由于它是酒精生產中主要耗電部門，因而噸原料粉碎電耗成為一個重要的管理指標。此外，作業中的除雜、除塵、噪音等也都是些比較“頭痛”的問題，而這些問題的解決和改善，都有賴于周密合理的工藝設計。本文將就有關原料粉碎工藝設計中涉及的一些主要問題，提出一點個人觀點，以供相關人員參考。

一、關于輸送方式

粉碎作業中原料要在各設備間傳送轉移，常用的輸送方式有機械輸送和風力輸送（簡稱風送）。設計中到底采用哪種輸送方式較好？這是設計者首先面臨的選擇。在回答這一問題這前，先讓我們來分析一下這兩種輸送方式各自的特點：

機械輸送大多采用斗式提升機、埋括板輸送機、皮帶輸送機等，其特點是輸送平穩，動力消耗小，噪音小，設備磨損小，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。

風送是物料在管道中借助具有一定速度的流動空氣來實現輸送，因而輸送線路自由靈活（可彎曲），設備投資少。它還可以在輸送的同時利用物料間的重度差別，把混在物料中的雜質（鐵、石子等）分離出來，謂之風選，而這一性能對于處理混入雜質較多的薯類原料顯得十分可貴。不僅如此，一般采用的負壓吸送對作業點還兼具除塵作用。在細碎機下部采用負壓吸送，不僅能實現將細碎機安裝于車間底層地面，降低了廠房高度，減小了設備運行時的振動，而且由于細碎機的篩背處于負壓抽吸狀態，大幅度地提高了機膛內已粉碎物料的過篩效率，使細碎機的生產能力也相應大幅度提高（一般可提高50-60%），產品單位電耗明顯下降。但風送本身對此機械輸送而言也有耗電高、噪音較大，管道、風機易磨損等缺點。

通過以上分析，設計中可針對不同情況，采用相應的輸送方式：

1、對于較潔凈的不含大塊重雜質的玉米、小麥等原料，可采用斗提機、皮帶輸送機等機械輸送方式，將原料送入粉碎機。這樣做，電耗低、噪音也小。為了不讓原料中少量的鐵進入粉碎機造成故障，可在皮帶機上方、斗提機溜管、粉碎機入口等部位設置磁力除鐵裝置。

2、對于含鐵、石等重雜質較多的薯干、木薯等原料，如采用機械輸送，盡管其中的鐵也可利用磁力去除，但石塊及石子卻無法從原料中分離出來，一旦進入粉碎機會引起配件加速磨損。粉成的砂、粒進入后工序又會造成泵、管道等加速磨損，更會造成發酵罐底部積砂，蒸餾塔器堵塞等嚴重故障，砂石量大甚至會導致經常被迫停機，嚴重影響生產。此時，采用風送盡管耗電較高，但因它兼具風選、負壓吸塵等綜合功能，因此，從總體出發是非常必要和值得的。

3、在細碎機下部采用負壓吸送，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的單機能力，且能徹底消除常規粉碎（正壓）作業中粉碎機外溢的粉塵，又能實現將粉碎機按于地面，靠牢固的基礎減小振動，又能降低廠房的總體高度。盡管采用風送要比機械輸送多耗一部分電能，但它完全可以從粉碎機本身能力大幅提高而節約的電能中得到補償（粉碎機能力提高的幅度要大于粉碎機功率提高的幅度）。因而，無論是粉碎玉米、小麥等谷物原料，還是粉碎薯類原料，這一方式都是適用且較好的。

4、對于那些規模較小（年產萬噸酒精以下）的粉碎谷物原料的裝置，一般均采用一臺粉碎機一級粉碎，此時，為了簡化裝置，將上料進粉碎機和粉碎后的粉料輸送二者串聯為一個系統，采用負壓吸送，也是合理可行的。

二、關于一級粉碎和二級粉碎

在粉碎工藝設計中采用一級粉碎還是二級粉碎，應根據原料品種并結合生產規模來確定。

使用谷物原料時，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（一次）粉碎。

當粉碎比較大時，采用一級（一次）粉碎耗電高，是不經濟的。一般情況下，當粉碎比超過15時就應采用二級（二次）粉碎。當然這還要根據物料的具體物性而定。采用薯干或木薯作原料一般應采用二級粉碎，就粉碎本身而言，采用二級粉碎能比一級粉碎節電25%左右。但采用二級粉碎通常又需增加一次風送，這又要多耗一部分電，二者相抵后大致還能有10%的節約。對于大產量而言，由于二級粉碎能使第二級粉碎機（細碎機）能力大幅提高，使它的總配置數量減少，這對操作、維護、管理都是較為有利的（因為細碎機的維護及更換配件等工作在粉碎工序的設備中是最大的）。因此，對于大產量的設計，采用二級粉碎工藝，無論從經濟上還是操作管理上都是合理的。相反，如果產量不大（年產萬噸酒精以下），為使裝置簡約，操作更方便，選用一臺相對較大的粉碎機，只作一級（一次）粉碎，也是切實可行的。此外，有些地區的薯干片子很小，水分很低，也有些從印尼或泰國進口的木薯原料特別碎小，水分也低，用腳一踩就會自行碎裂，其中還混大大量的粉粒，這樣的原料，非常易粉碎，當然也就沒有必要再采用二級粉碎。

近年來，不少中小型廠，他們在長年的生產實踐中，創造了一種在原料喂料槽（振動給料器）中增設了一個撥料器，其結構為在一根轉軸上焊有幾排爪牙，轉軸轉動時，將喂料槽中的薯干或木薯不斷打碎并向喂料口處推撥，經撥料器處理后的薯類原料，進入一臺粉碎機，只作一次粉碎，效果也很好，電耗也較低，應該說，這是一項很好的創造，這種撥料器，實際上也可視為一級沒有篩底的破碎，對中小型產量的工廠非常實用。

三、關于除塵

粉碎系統中的風送是通過風機產生的風來完成的，帶料的風完成送料任務（卸料）后，還要通過風機排向大氣，此時的風中帶有一定量未卸盡的粉料，如直接排入大氣，一則污染環境，再則也浪費了一部分有用的原料。因此，必須考慮除塵回收。

傳統的除塵裝置有干式和濕式兩種，在酒精生產原料粉碎作業中采用干式還是濕式除塵，曾有過一番較大的爭議，到目前尚未完全統一，因此，筆者想在這里就兩者各自的優缺點作一番更為深層次的比較，以供設計或選用者借鑒。

干式主要指布袋式除塵器，它是一種傳統的高效除塵器，為眾多場合所應用，特別為糧食行業谷物類粉碎作業普遍采用，因而也就十分自然地為相似的酒精行業原料粉碎作業所引用。但多年來的引用結果表明，大多均以失敗告終。為何在幾乎相似的粉碎作業中，干式布袋除塵這一型式在糧食行業能長年應用，經久不衰，而在酒精行業卻如此“短命”，深究其原因要歸結為二者在原料狀況上存在著較大差異。糧食行業粉碎的產品為食用，因而它對原料的收購起點要求就高，工藝要求除雜也徹底，特別是對原料的水份有嚴格的控制，因而它能很好地保持布袋除塵器的正常穩定運行。而酒精行業的原料來源雜，收購起點要求低，特別是當市場出現緊缺時，即使是水份高的、雜質多的，甚至是有些霉變的，都要收購。在工藝上除雜要求也很低（僅除鐵、石等重雜質），尾風中除了有原料粉塵外，更有大量輕雜質（干草、樹葉、麻袋片、繩經等粉碎物），更為關鍵的是原料的水份無法控制，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，這就往往使尾風中的粉粒含水很高（最高時會超過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，這又會反過來影響整個粉碎系統的正常運行，這種惡性循環的結果，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，但其結構簡單，自凈能力強，運行潑辣，一般情況下不需要維護，除塵效果也較穩定，只要設計得好，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，還節約了工藝用水，可謂一舉多得，因而具有得天獨厚的優勢。它的唯一缺點是用熱水除塵經風吹后降溫較大，用作拌漿，漿溫較低，相對于用熱水直接拌漿會損失一部分熱能，但這一損失可以利用余熱加熱來挽回，因而濕式除塵已為越來越多的工廠所采用。

四、關于風網

在小規模的粉碎裝置中，無論是采用一級粉碎還是二級粉碎，一般都是采用一臺風機，風網很單一，無須作過多的探討。

對于規模較大的粉碎裝置，例如年產酒精五萬噸以上，又是使用薯類原料，設計上一般均采用二級粉碎。此時，最好能將原料上料與二級粉碎后的粉料輸送分開，采用二臺風機組成相對獨立的二條風網。這樣做的好處是：

1、大產量的粉碎作業，一般上料作業與粉碎拌漿作業（特別是二級細碎）是有分工的，實際上具有相對的獨立性。從作業特點上，細碎拌漿要求均勻穩定，細水長流，而上料工因為體力勞動較大，作業環境也較差，他們樂于采用大干大歇的作業方式。在大產量粉碎工藝中，為了防止因局部設備故障而影響作業的連續，一般都在流程中設置中間貯倉，這就為上料工創造了間隙作業的條件。用二臺風機組成相對獨立的二條風網，可在上料間隙時將上料風機停下，可節約一部分電能。

2、采用二條風網，使每條風網配置的風機規格大為縮小（風量約縮小一半），有利于風機選型。因為高壓系列風機的參數特點是相應風壓下，風量較小。

3、風網分成二條后，所配風機功率小，容易起動，這一點對于大型風機也顯得很重要。

五、關于風機

風機是風送系統中的關鍵設備，是整個系統中的“心臟”，風機選用得是否合理，對整個系統的運行有著至關重要的影響。

當工藝設計計算完成后，根據算得的風壓和風量，選用一臺合乎要求的風機，似乎并不困難，但實際上還會遇到一些問題。這是因為目前市場上可供選用的高壓系列風機，它們的傳動方式都是采用電機與風機直聯的，每種型號的風機它的風壓與相對應的風量適應范圍是不可調的。在選擇風機的時候經常會遇到這樣的情況：某型號的風機可滿足系統風壓的要求，但風量卻不夠，不得已再選用大一號的風機以滿足風量，但此時風壓也相應大幅增高，相應的動力配置增幅更大，這會造成運行中長期的很大浪費。同樣，有時為了滿足風壓不夠的要求，被迫選大風壓而造成風量過大的矛盾。解決這一問題的較好方法是要求供貨廠家提供一臺采用三角帶傳動的風機，這就可以通過調整風機轉速來達到同時滿足風壓與風量兩項參數的要求，求得合理節電運行。

風機轉速改變（調整）后，它的風壓、風量、功率消耗都會以相應的比例改變，它們的關系是：

風量與轉速成正比，即：

Q1/Q2=n1/n2

風壓與轉速的平方成正比，即：

H1/H2=（n1/n2）2

功率與轉速的立方成正比，即：

N1/N2=（n1/n2）3

式中：

n1—風機原定轉速（轉/分）

n2—改變后的風機轉速（轉分）

Q1、H1、N1—風機在原定轉速時的風量、風壓、功率

Q2、H2、N2—風機在轉速改變后的風量、風壓、功率

必須注意的是風機轉速改變后，其功率會呈立方關系變化；一旦增加風機轉速，則功率會有較大幅度地增加，這就要求在配置電機容量時，要予以充分重視，避免因配置過小而造成電機燒毀。

此外，在選用風機時還應遵循一個原則：當有兩種不同型號的風機均能滿足設計要求時，應選用其中直徑較大、轉速較低的。因為小直徑高轉速風機運行時，噪音大、振動大，且磨損較快。

以上是酒精生產原料粉碎工藝設計中經常遇到的一些主要問題以及應采取的相應對策，不一定完全正確，期望能對從事該項工藝設計的設計人員及相關管理人員有所幫助和借鑒。