倪强谷朊粉生产装置设计

机 械 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）

题 目： 谷朊粉生产装置的设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 11级2班 姓 名： 倪强 学 号： 1670110013 指导教师： 孟令启（教授） 日 期： 2015年 1 月 4日

目录

1.引言 ......................................................................................................................................... 3

1.1谷朊粉生产的设计背景 .............................................................................................. 3 1.2设计任务 ...................................................................................................................... 5 1.3方案的列出 .................................................................................................................. 5 2.卧螺离心机的工作原理 ......................................................................................................... 7 3 .传动设计 ................................................................................................................................ 8

3.1 螺旋输送器相关参数的确定 .................................................................................... 8

3.1.1螺旋推料器的基本参数 ................................................................................... 8 3.1.2螺旋的头数 ....................................................................................................... 9 3.1.3螺距 ................................................................................................................... 9 3.1.4推料器与转鼓的间隙 ....................................................................................... 9 3.1.5叶片与转鼓内表面母线的关系 ....................................................................... 9 3.1.6螺旋输送器叶片的选择 ................................................................................... 9

4.卧螺离心机工艺计算 ........................................................................................................... 10 5.强度校核 ............................................................................................................................... 12

5.1 转鼓的强度校核 ...................................................................................................... 12

5.1.1离心力场中物料的液体压力 ......................................................................... 12 5.1.2转鼓壁厚计算 ................................................................................................. 13 5.1.3转鼓强度计算 ................................................................................................. 14 5.1.4转鼓的疲劳强度校核 ..................................................................................... 16 5.2 主轴的强度校核 ...................................................................................................... 16 结语 .......................................................................................................................................... 20 致谢 .......................................................................................................................................... 21 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 22 附：本课题完成的CAD图 ..................................................................................................... 24

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谷朊粉生产装置设计

摘 要：本文根据现有条件对谷朊粉生产装置进行设计，采用的是卧式螺旋机，设计形式为卧式圆筒状 ，内部有螺旋输送器，从进料口将由均质机中均质后的面浆导入该装置，该装置通过电动机的带动将面浆悬浮液进行分离，得到淀粉和谷朊粉，之后再对谷朊粉进行干燥处理。 本文主要对卧螺离心机整体进行设计，并对轴和转鼓进行了强度校核。 关键词：谷朊粉；离心分离；卧螺离心机；设计。

1.引言

谷朊粉又被称为活性面筋粉，是小麦面粉加工后所得到的副产品。其蛋白质含量较高，大约占80%以上，并且它的氨基酸组成比较齐全，矿物质含量也是非常的高，是营养丰富、纯天然的绿色植物性蛋白源。谷朊粉吸水后会形成具有网络结构的湿面筋，其具有良好的黏弹性、延伸性、乳化性，以及薄膜成型性。生活中的许多美食都离不开谷朊粉，比如传统产品中的面筋、素肠、素鸡、素鸭、等等。目前谷朊粉的生产方法主要有传统的马丁法和随着离心机的发展而出现的新工艺--离心分离法。 1.1谷朊粉生产的设计背景

谷朊粉一开始是小麦淀粉的副产物，其与纤维等一起作为动物饲料使用的，但随着谷朊粉的价值逐步被人们发现，它的商业价值甚至超过了小麦淀粉，因而大大带动了小麦面粉商业化生产的开展。现在主流的谷朊粉生产方法，都是利用离心分离的原理来生产的。

离心分离技术，是利用离心力对液—固等非均相混合物进行离心分离的过程。离心分离技术的装置为离心机。离心机基本上利用离心分离原理，主要应用于脱水、分离、等工艺过程。离心机是伴随着现代工业的不断进步和发展，而逐步产生和发展的的。[1]

在18世纪产业革命之后，随着纺织工业的迅猛发展，1836年生产出了棉布脱水机。1877年为了适应乳酪加工工业的需求，分离牛奶的分离机应运而生。自从进入20世纪后，随着石油综合利用的发展，需要把水、固体杂质、焦油状物料等除去，以便使重油用作燃料油使用。50年代研制成功了能自动排渣的碟式活塞排渣分离机，到了60年代逐步有了系列的产品。伴随着近代人们环境保护意识的渐渐提高，对于工业废水和污泥处理的要求都变得很高，因此促使卧螺离心机、碟式分离机和三足式下部卸料离心机的飞速发展。特别是卧螺离心机的发展尤为迅速。随着中国的国民经济各行

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业的不断发展，各种类型的离心机在不断地发展，各种新型离心机也在不断涌现。[2]离心机的使用，也逐步变得更广泛。

最开始的卧螺离心机是由两对开式齿轮传动，从而获得转鼓与螺旋之间的转速差，才能输送沉渣，并被用在淀粉工业生产上。真正具有现代实用价值的第一台卧螺离心机，是在1954年被制造出来的，该机第一次使用了二级行星齿轮差速器。自从卧螺离心机出现之后，由于它具有突出的长处而得到了迅猛发展，它在离心分离领域内一直占有特殊的地位。[3]

我国卧螺离心机的发展比较晚，但是近年来发展非常的快。目前我国已能自主生产的卧螺离心机有WL-200、350、380、450、600、1000等规格。

我国离心分离行业目前正处于逐步发展中，总体水平不高。随着社会进步和发展，人们对于环保、能源以及装备对产品品质的影响有了新的认识。同时，通过与国外技术交流和合作，以及成套项目技术的引进、消化与吸收，大大加速了我国离心分离技术的发展，主要体现在这几方面：

1) 我国已基本形成了一个集科研、设计和制造的体系。 2) 成立了离心分离领域的各个学术组织。 3) 在理论与应用方面进行了大量研究。

4) 目前已能自主生产上悬、活塞、螺旋、离心力卸料，进动卸料、刮刀及虹吸刮刀等各种离心机。这些自主生产的产品不仅遍及全国且远销国外，并且技术有所提高[4]。

5) 为了满足特殊工艺要求，如防污染、密闭、防爆等，一些新型离心机也先后问世。

6) 自动控制技术与CAD技术的应用与发展。 7) 各种相关标准的制订。

8) 与国外著名离心机厂商的技术合作。

离心机的主要特点有这几方面：一是使用范围广；二是产品的规格多、变形多；三是对物料的适用性较强。离心机一般用于工艺流程中的后处理设备，这直接关系到产品的最终质量。离心机和其它分离装置相比，不仅能得到含湿量较低的固相和高纯度的液相，而且能节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件，还有连续运转、自动遥控、装置操作安全可靠和占地面积较小等优点。因此自从1836年第一台工业用的三足式离心机在德国问世，到一百多年来己得到很大的发展。各种类型的离心机繁多，各有特点。离心机正在向提高技术参数、系列化、自动化方向发展，并且组合转鼓结构增多，专用品种越来越多。

离心机现在已被广泛应用于化工、淀粉生产、石油提炼、轻工、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、环保、军工等各个部门。例如小麦淀粉的生产；湿法采煤的煤粉回收；石油开采的钻并泥浆净化回用；污水处理的污泥浓缩和脱水；石油化工产品的精

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制；抗菌素、农药的提取；织品纤维脱水；润滑油、燃料油的提纯等都需要使用离心机。离心机现已成为国民经济各方面广泛应用的一种通用装置。[4] 1.2设计任务

对谷朊粉生产装置的要求：

设计处理量 38m3/h 淀粉和谷朊粉的总得率 90% 用水量与原料的比重值 4:1 工作时间 12h/d

1.3方案的列出 方案一 马丁法

在马丁法工艺中，小麦面粉加水搅拌所形成的面团是以面筋为中心的网状结构，面筋网络将淀粉、非面筋蛋白质及其他成分如脂质等包围在其中。在面团搅拌过程中，可以认为经过水面混合阶段、面筋形成阶段、面筋扩散阶段、搅拌完成阶段、搅拌过度阶段、面筋破坏阶段等六个阶段。

由于面筋网络的存在，面团内部包含的淀粉不容易被洗出来，而且越接近面团中心部位，淀粉就越难被洗净。在洗涤过程中有搅拌，过度的机械搅拌会软化面筋网络直至对面筋网络结构造成破坏。因此面团的洗涤一定要在“搅拌完成阶段”完成，这是本工艺的缺陷之一，同时谷朊粉的蛋白质含量和质量难以兼顾；另外，尽管控制好搅拌时间，面筋网络在搅拌过程中是不断变化的，最终弱化了面筋网络强度。 方案二 卧螺离心工艺

本工艺主要采用二相卧螺离心机，其基本原理就是通过离心力将面粉中比重不同的成分淀粉与谷朊在悬浊液中分离开来, 然后采用干燥系统进行瞬时高温干燥，从而获得高质量的淀粉与谷朊粉。工艺流程框图如图1。

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