基于清洁能源的汽爆装置及工艺设计和研究

发布时间：2020-03-28 19:13

【摘要】：生物质资源具有分布广泛、可重复利用的特点,经过处理之后,可用来作为饲料和燃料使用。从二十世纪九十年代初开始,国内外的研究者就开始对生物质的转化过程以及转化过程中的影响因素进行了深入探索。结果,大家一致认为：如何解决木质素对纤维素酶的阻碍作用是实现生物质转化的关键。生物质秸秆中的纤维素、半纤维素及木质素相互缠绕,很难将其有效地分离开。目前能够实现三者有效分离的最为有效的方法就是汽爆预处理技术。本研究采用的汽爆设备是目前国内存在的最新的秸秆预处理设备,它能够实现秸秆在0.00875s内完成突然释放,将其推出高压缸并完成秸秆的爆碎。本文所研究的主要工作包括以下三个方面：(1)中高温太阳能集热系统在汽爆系统中的应用和分析。目前所存在的汽爆设备虽然能破坏生物秸秆的物理结构,实现纤维素、半纤维素和木质素的有效分离,但是由于其蒸汽来源于锅炉(燃煤、燃气或生物质)或电加热,价格昂贵,很难被用户接受,同时锅炉燃烧时会产生大量的烟尘污染空气环境。中高温太阳能集热系统的核心装置是太阳能偏心聚光真空集热管,这种集热管是将普通的真空管独立设于弧形聚光罩的内部,并且真空管的中心置于小于或等于聚光罩圆弧半径的3/4处,这样可以最大程度地聚焦太阳光线,聚光效率可以达到80%以上。中高温太阳能集热系统以其特殊的聚焦方式可以使流体介质温度提高到180度以上,而且其内部结构还可以承受1.5MPa的压力,这就使其为汽爆系统提供蒸汽奠定了理论基础。同时,本文还对太阳能中高温集热系统的集热效果进行了试验验证,最终确定了其在汽爆系统中应用的可行性。(2)汽爆系统中进料密封阀门的结构设计及稳定性分析。针对汽爆系统中进料口阀门进料效率低,容易漏气等问题,设计了一种集进料、密封和开启为一体的进料密封阀门。根据阀门的材质和使用环境,对阀门中的阀芯进行了理论分析,并利用ANSYS Workbench软件对其进行强度分析,得到了阀芯的最大变形量发生位置以及能够满足其稳定进料和密封时螺旋轴的最佳直径和最佳转速,经理论计算和强度校核,阀门在正常工作环境下,其阀芯的强度完全满足设计要求。对不同进料时间和转速对阀门的进料稳定性影响进行了试验研究,确定了150kg玉米秸秆完成进料时的最佳转速为200r/min,最佳进料时间为5min。(3)汽爆技术在饲料化应用中的探索与分析。为提高玉米秸秆饲料饲用化价值,该文研究了不同的汽爆条件对玉米秸秆内部纤维素、半纤维素、木质素、还原糖及总糖含量的影响,并且利用混合水平正交试验对各影响因子进行分析。结果表明：反刍动物与单胃动物所需饲料种类的不同决定了玉米秸秆汽爆预处理条件有所差异。反刍动物活性饲料预处理所需的汽爆最优条件组合为汽爆压力1.1 MPa,预浸水分40%,预浸氨水比例8%,预浸时间48h,维压时间8min。单胃动物活性饲料预处理所需的汽爆最优条件组合为汽爆压力1.5MPa,预浸水分40%,预浸氨水比例4%,预浸时间48h,维压时间4min。汽爆后的玉米秸秆的RFV为80.98%和80.17%,比国内羊草的RFV(72.92%)高,其饲用价值更好。
【图文】：

工艺图,工艺图,汽爆

Ｆｉｇ．２－４邋Ｓ化ａｍ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑该汽爆设备的工作原理：打开进料口阀口，将纤维物料通过进料口加入汽爆逡逑罐中，然后关闭阀口；蒸汽发生器产生蒸汽，待发生器内的压力达到汽爆所需的逡逑压力时，打开蒸汽通入阀口，向汽爆罐中通入蒸汽，直到汽爆罐中的蒸汽压力与逡逑蒸汽发生器中的压力动态平衡时，关闭蒸汽通入阀口，维压一段时间，，打开气动逡逑球阀，物料与蒸汽就会被喷放到释放罐中，物料和蒸汽在释放罐中分离，蒸汽通逡逑过蒸汽出口排出，物料通过释放罐出料曰排出。逡逑该设备存在的缺点：Ｗ该设备采用电加热产生蒸汽，价格相当昂贵，不适合逡逑工业和农业上使用。（２）汽爆罐属于压力容器，为了维持罐内的压力，进料口的口逡逑径一般都设计的比较小，而且该设备采用球阀作为进料口的控制阀口，导致其进逡逑料口的相对面积变小，物料在进料过程中容易出现结拱、离析和堵塞现象，导致逡逑物料无法顺利进入。口）汽爆罐释放口采用球阀作为快开阀口，物料在喷放时，容逡逑易进入球阀阀芯内，导致球阀漏气。（４）汽爆出来的物料直接喷放到大气中，回收逡逑比较困难。汽爆预处理技术是将稻杆加温到１８０°Ｃ？２３５°Ｃ，瞬间泄压，使稻杆逡逑细胞的温急速闪蒸，体积骤然膨胀，细胞壁破裂，达到破坏木质素的效果。逡逑

太阳能集热器,全玻璃真空管,平板型

Ｆｉｇ．３－１邋Ａｌｌ－ｇｌａｓｓ邋ｖａｃｕｕｍ邋Ｕｉｂｅ邋ｓｏｌ扣邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ逡逑采用这些新型渐变膜图层和金属选择性图层，全玻璃真空管太阳能集热器可逡逑用来生产中高温蒸汽。逡逑３．邋２．邋２平板型太阳能集热器逡逑平板型太阳能集热器是将太阳能转化成热能的装置。它的主要特征表现为集逡逑
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6

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