生物质红外热辐射干燥特性的实验研究

发布时间：2020-05-11 23:35

【摘要】：生物质能源是化石能源的替代品,干燥预处理则是生物质进一步利用的必要环节。本文分别在热重分析仪和自行设计搭建的远红外辐射实验台上对典型生物质进行辐射干燥实验,基于传热传质理论和分形理论,研究温度、生物质种类和薄层厚度等因素对生物质干燥动力学特性、传热特性和微观孔隙结构的影响规律。通过热重分析实验和动力学理论,获得温度对生物质组成成分、棉花秸秆和桉树皮干燥动力学的影响规律,研究结果表明:当干燥温度从60℃升高到120℃(木聚糖的温度从60升高到100℃)时,棉花秸秆、桉树皮、纤维素、木聚糖和木质素的平均干燥速率均增加约2倍。桉树皮平均干燥速率大于棉花秸秆,木聚糖的平均干燥速率小于纤维素和木质素。在温度区间60-70℃,五种样品干燥过程均存在升速段、恒速段和两个明显的降速段。第一降速段的活化能大于第二降速段的,棉花秸杆的活化能大于桉树皮的,木质素的活化能最小。通过在远红外辐射实验台上对毛白杨叶、棉花秸秆、咖啡渣和桉树皮成型样品进行干燥实验,获得辐射源温度对成型样品的动力学特性、传热特性和微观结构的影响规律,研究结果表明:当辐射源温度从100℃升高到200℃时,四种成型样品的平均干燥速率增大了 1.4-1.9倍,与辐射加热板的平均辐射换热热流密度增大了 3.3-3.7倍。当辐射源温度低于180℃时,样品干燥过程表现为升速段恒速段和两个明显的降速段。生物质成型样品干燥前后未发生明显的形变,第一降速段和第二降速段的平均有效湿分扩散系数分别为1.015×10-9-3.951×10-9 m2·s-1和1.473×10-9-6.484×10-9m2·s-1。其中,桉树皮的有效湿分扩散系数最大,而咖啡渣的最小。基于压汞测试和分形理论获得辐射干燥处理前后桉树皮成型样品的表面分形维数,结果表明基于热力学关系的分形维数更能表征桉树皮样品的孔隙结构,且大孔孔隙体积所占比例越大,分形维数越小。通过在远红外辐射实验台上对桉树皮薄层进行干燥实验,获得辐射源温度、薄层厚度和初始含湿量对松散结构生物质薄层干燥动力学特性的影响规律,研究结果表明:辐射源温度、薄层厚度和初始含湿量对有效湿分扩散系数均有显著影响,且有效湿分扩散系数随厚度增加而增大,随初始含湿量增加而减小。当辐射源温度从100℃升高到200℃时,样品在第一降速段和第二降速段的平均有效湿分扩散系数分别为 8.127×10-10-5.056×10-9m-2·s 和 1.269×10-9-7.630×10-9 m2·s-1。本论文的研究结果可为干燥器的设计及生物质的热利用提供依据。
【图文】：

示意图,射干,红外,实验系统

（ｌ．ＳｉＣ加热板２．温度控制单元３．调压器４．支撑架５．光电转换模块６．光线温度传感器逡逑７．ＰＴ１００热电阻８．样品９孔盘１０．电子天平１１．数据采集系统）逡逑由图２－１可知，整个实验系统由ＳｉＣ加热板、温度控制单元、调压器、光线温逡逑度传感器、电子天平、数据采集系统等组成。实验中，通过调节调压器的输出功逡逑率，进而控制福射加热板（ＳｉＣ）的功率；通过设置加热板温控装置实现对加热板逡逑温度的控制；高精度电子天平记录生物质干燥过程的瞬时质量，通过数据采集系逡逑统传输到ＰＣ上，，实现样品质量实时采集功能；两个光纤温度传感器和一个ＰＴ１００逡逑分别测量样品上方２邋ｃｍ处、样品表面和底部的温度。逡逑（１）福射元件的选择逡逑远红外福射元件的结构类型按照形状常分为管式、板式和灯式等。其中，板逡逑式福射元件的福射面积大、强度高且均匀的优点使其在工程应用方面占据优势。逡逑本干燥实验装置中选择买自北京西四的碳化娃（ＳｉＣ）加热板作为远红外箱射逡逑体，有效尺寸为２６５ｘ１６０邋ｍｍ，电压２２０邋Ｖ，最大功率１５００邋Ｗ。碳化娃加热板具有逡逑电－福射热转换效率高，热稳定性较好，热反应慢，用于样品升温速率较低的场合逡逑的特点。逡逑（巧干燥室结构设计逡逑干燥室外形尺寸为％0ｘ邋４６０巧８０邋ｍｍ。外层和内层均为厚１邋ｍｍ的不诱钢

曲线,重复实验,曲线,杨叶

无法对所有工况均做检测性重复实验。因此，选择一定数量的典型工况逡逑进行重复实验，对同一工况实验结果进行误差分析。Ｗ福射源温度１２０邋Ｃ的毛白逡逑杨叶为例绘制３次重复实验曲线。结果如图２－２所示，误差在±４邋％Ｗ内，可知实逡逑验系统可重复性较好。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】