專利名稱：原位汽爆方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物料預(yù)處理的方法及其裝置，特別涉及一種物料的原位汽爆方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
汽爆預(yù)處理是近年來發(fā)展起來的一種預(yù)處理方法。原料用蒸汽加熱至180_235°C， 維壓一定時(shí)間，在突然減壓噴放時(shí)，液態(tài)水迅速閃蒸，產(chǎn)生大量蒸汽，原料組織或細(xì)胞體積猛增，受機(jī)械力的作用，其結(jié)構(gòu)被破壞；另外，在維壓過程中，還有原料本身的自催化作用， 其主要組分部分降解。汽爆技術(shù)最早始于1擬6年，當(dāng)時(shí)為間歇生產(chǎn)，主要是用于生產(chǎn)人造纖維板。從20 世紀(jì)70年代開始，此項(xiàng)技術(shù)也被廣泛用于動物飼料的生產(chǎn)和從木材纖維中提取乙醇和特殊化學(xué)品。80年代后，此項(xiàng)技術(shù)有很大的發(fā)展，使用領(lǐng)域也逐步擴(kuò)大，出現(xiàn)了連續(xù)汽爆生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，即加拿大乂吐6 Technology公司，將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于制漿造紙領(lǐng)域，它與加拿大魁北克大學(xué)共同研究，首先對楊木、后對許多非木材纖維原料進(jìn)行了大量的汽爆試驗(yàn)，取得了很好的效果。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)研制了汽爆制漿技術(shù)和設(shè)備，并在制漿廢液用于生產(chǎn)動物飼料技術(shù)方面也有深入的研究。汽爆技術(shù)經(jīng)過幾十年的研究，已經(jīng)發(fā)展到不同國家用于不同原料的預(yù)處理上，并用于眾多領(lǐng)域。比如在食品工業(yè)、制藥行業(yè)、生物能源、材料、化學(xué)品和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用前景和優(yōu)勢日益突顯，但針對目前汽爆設(shè)備噴放式的原料出口，①在應(yīng)用于某些原料的預(yù)處理時(shí)(比如麻纖維的汽爆預(yù)處理)，由于原料自身的降解和組織的破壞，帶來了纏繞和打結(jié)的問題，給后續(xù)的分離和梳理帶來很大的干擾；②噴放式的出口也導(dǎo)致原料的回收困難和損失，③限制了某些對安全衛(wèi)生系數(shù)高的原料，如食品或中藥的使用； ④噴放式的出料口通常導(dǎo)致氣體直接排向了大氣，既造成環(huán)境的污染，也造成資源的浪費(fèi)， 也給實(shí)驗(yàn)過程物料橫算和定量定性分析帶來不便；⑤高溫蒸汽直接排向了大氣，熱量得不到充分利用，造成能量的很大浪費(fèi)。因此，針對以上問題，本發(fā)明提出了全新的汽爆技術(shù)思路將物料裝在特制的料車內(nèi)，料車有箱式料車和籠式料車兩種，箱式料車壁是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，蒸汽直接通過網(wǎng)孔進(jìn)入箱內(nèi)物料，籠式料車壁也是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，壁頂部設(shè)有掛鉤，掛鉤上可以掛長條狀物料，在蒸汽出口的閥門處設(shè)置鋼網(wǎng)板。突然泄壓的瞬間，蒸汽從料車的網(wǎng)孔穿出，再通過鋼網(wǎng)板孔逸出，而物料仍保留在罐體中的料車內(nèi)，再從卸料口取出料車即可得到汽爆后的物料，逸出的氣體進(jìn)入氣體回收系統(tǒng)，可進(jìn)行定性定量分析也便于能量的二次利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的汽爆技術(shù)和設(shè)備無法解決麻纖維原料在出料時(shí)的纏繞和打結(jié)、原料回收困難和損失以及某些原料衛(wèi)生級別要求高、蒸汽直接排放大氣造成的熱量浪費(fèi)、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)以及給實(shí)驗(yàn)分析帶來困擾等問題，提供一套原料的原位汽爆技術(shù)和設(shè)備，通過制備特殊規(guī)格的料車以及在蒸汽出口處設(shè)置起攔截作用的金屬絲網(wǎng)，在爆破瞬間，只允許氣體的逸出，而固體物料仍保留在料車內(nèi)，這樣避免了原料的移動帶來的纏結(jié)問題，也可以減少原料的損失和提高安全衛(wèi)生系數(shù)，逸出的氣體進(jìn)入氣體回收系統(tǒng)，可進(jìn)行定性定量分析也便于能量的二次利用。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的基本構(gòu)造如附圖1 :設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)為臥罐9，裝載物料的料車5從電動閥門2進(jìn)，經(jīng)開啟閥門1，蒸汽進(jìn)入臥罐9，臥罐9罐體上罐壁安裝有壓力表3、溫度表4和蒸汽入口 7，罐體下罐壁設(shè)有蒸汽出口 8，罐體兩側(cè)均安裝球閥2和6，分別為物料的入口和出口，蒸汽入口由電動閥控制，蒸汽出口用氣動球閥控制，并在蒸汽出口處的氣動球閥前設(shè)置鋼網(wǎng)板10，起透過蒸汽而攔截物料的作用，罐內(nèi)底部有軸向的固定軌道，料車5通過輪子可在罐內(nèi)軌道上移動，根據(jù)物料的要求料車有箱式料車和籠式料車兩種，箱式料車壁是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，蒸汽直接通過網(wǎng)孔進(jìn)入箱內(nèi)物料，籠式料車壁也是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且頂部設(shè)有掛鉤，掛鉤上可以掛長條狀物料。針對切碎的秸稈類塊狀物料，選用箱式網(wǎng)狀料車，網(wǎng)孔直徑與物料顆粒直徑之比為1 1 1 5，針對長纖維狀物料，選用籠式掛鉤式料車，針對肉類或食品類原料，在箱式網(wǎng)狀料車內(nèi)設(shè)計(jì)類似抽屜的網(wǎng)狀隔板。罐內(nèi)軌道與罐外的活動軌道相連，活動軌道的另一端與設(shè)置在罐體外的固定軌道相連，軌道上有機(jī)械牽引車牽引料車進(jìn)出汽爆罐。維壓一定時(shí)間后， 開啟氣動閥門11，蒸汽經(jīng)料車5再經(jīng)鋼網(wǎng)板10進(jìn)入緩沖罐12，再進(jìn)入蒸汽冷凝系統(tǒng)14，最后從14的出口回收分析冷凝氣體。鋼網(wǎng)板10其孔徑與料車上網(wǎng)孔大小之比為1 2 1 1.5，其主要起二級攔截作用。氣體冷凝及回收系統(tǒng)14采用水冷，其換熱面積初步估算為0. lm2/200g初始含水50%的物料，可在Imin內(nèi)將物料冷卻至室溫。蒸汽放完后，打開閥門6，拉出料車，即得到汽爆后的物料。本發(fā)明的有益效果①在應(yīng)用于麻纖維的汽爆預(yù)處理時(shí)，降低了對原料纖維結(jié)構(gòu)的破壞，解決了原料的纏繞和打結(jié)的問題，便于后續(xù)的分離和梳理工藝；②原料的回收簡單，回收率可達(dá)100% ；③拓寬了原料的應(yīng)用領(lǐng)域，可應(yīng)用于食品或中藥等對安全衛(wèi)生系數(shù)高的原料；④氣體得到回收。既不造成環(huán)境的污染，也使得資源得到充分回收和利用，也便于實(shí)驗(yàn)過程物料橫算和定量定性分析；⑤高溫蒸汽與冷水的熱交換，熱量得到充分利用。


圖1為原位汽爆裝置面說明如下1蒸汽閥，2進(jìn)料口電動球閥，3壓力表，4溫度表，5料車，6料車出口球閥，7蒸汽入口，8蒸汽出口，9維壓罐罐體，10鋼網(wǎng)板，11氣動閥，12緩沖罐，13出料球閥，14氣體冷凝及回收系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1維壓罐體積為5。長觀.5cm，側(cè)面直徑為15cm.蒸汽發(fā)生器15L，進(jìn)料前已打開蒸汽發(fā)生器電源，得到220°C飽和水蒸汽。緩沖罐體積為20L，盤管換熱器面積為0. Im2.
4
稱取200g大麻韌皮纖維(平均長度約為2m)，對其浸泡處理，浸泡Ih后，堆放在箱式料車5內(nèi)，經(jīng)過閥門2，將料車推至維壓罐9中，關(guān)閉閥門1。打開蒸汽閥1，通入一定量蒸汽，使罐9內(nèi)壓力在0. 維持％iin，關(guān)閉蒸汽閥1，迅速打開閥門11，蒸汽進(jìn)入維壓罐后再進(jìn)入冷凝系統(tǒng)14，收集冷凝下來的液體，再打開出料閥6，拖出籠式料車5，得到汽爆麻纖維。觀察到汽爆處理后大麻纖維表面變得潔凈，大麻纖維得到有效的開纖分裂，纖維明顯變細(xì)，且測得半纖維素和木質(zhì)素的含量分別下降了 80%和85%，纖維素含量達(dá)到88%。實(shí)施例2維壓罐體積為2L，長25cm，側(cè)面直徑為IOcm.蒸汽發(fā)生器15L，進(jìn)料前已打開蒸汽發(fā)生器電源，得到220°C飽和水蒸汽。緩沖罐體積為15L，盤管換熱器面積為0. 05m2.將室外風(fēng)干的玉米秸稈切成l-2cm塊狀(其中含水量為14% )，稱取IOOg (濕重)， 補(bǔ)加32g水使其含水量為35 %，待水分均勻吸收后，加入到箱式料車5內(nèi)，經(jīng)過閥門2，將料車推至維壓罐9中，關(guān)閉閥門1。打開蒸汽閥1，通入一定量蒸汽，使罐9內(nèi)壓力在1.2MI^維持8min，關(guān)閉蒸汽閥1，迅速打開閥門11，蒸汽進(jìn)入維壓罐后再進(jìn)入冷凝系統(tǒng)14，收集冷凝下來的液體，再打開出料閥6，拖出料車5，得到汽爆秸稈。當(dāng)固液比為1 6(lg干汽爆秸稈 /6g水)，初始pH為7. 5，接種丁酸梭菌量為30 %，NH4HCO3添加量為0. 04g/g干汽爆秸稈，纖維素酶添加量為30IU/g干汽爆秸稈，發(fā)酵溫度為50°C時(shí)，甲烷產(chǎn)量可提高至145. Oml/gTS, 是未處理秸稈的2. 8倍；比產(chǎn)甲烷率為7. 50ml/gVSS · d，是未處理秸稈的2. 3倍。通過發(fā)酵后殘?jiān)慕M分測定，汽爆玉米秸稈纖維素的降解率為59. 0%，是未處理秸稈的3. 2倍；半纖維素的降解率為70. 22%，是未處理秸稈的3. 1倍。測得冷凝液體中組分有乙酸、糠醛和 5-羥甲基糠醛。
權(quán)利要求
1.一種原位汽爆方法，其特征在于，汽爆原料裝入料后，將料車置入汽爆反應(yīng)器，關(guān)閉進(jìn)料口閥門，充入蒸汽，在0. 4-3. 5M Pa條件下維壓l-40min后，打開氣動閥門，瞬間釋放蒸汽，逸出的氣體進(jìn)入氣體冷凝及回收系統(tǒng)，而物料在汽爆反應(yīng)器內(nèi)原位不動，再從卸料口取出料車即可得到汽爆后的物料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氣體冷凝及回收系統(tǒng)14采用水冷， 其換熱面積為0. lm2/200g初始含水50%的物料，在Imin內(nèi)將物料冷卻至室溫。
3.—種原位汽爆裝置，其特征在于，包括一個(gè)臥式圓筒形罐體9，罐體上罐壁安裝有壓力表3、溫度表4和蒸汽入口 7，罐體下罐壁設(shè)有蒸汽出口 8，罐體兩側(cè)均安裝球閥2和6，分別為物料的入口和出口，蒸汽入口由電動閥控制，蒸汽出口用氣動球閥控制，并在蒸汽出口處的氣動球閥前設(shè)置鋼網(wǎng)板10，起透過蒸汽而攔截物料的作用，蒸汽出口管路后接一緩沖罐12和氣體冷凝及回收裝置14，罐內(nèi)底部有軸向的固定軌道，料車5通過輪子可在罐內(nèi)軌道上移動，根據(jù)物料的要求料車有箱式料車和籠式料車兩種，料車壁均是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，蒸汽直接通過網(wǎng)孔進(jìn)入箱內(nèi)物料，且籠式料車壁頂部設(shè)有掛齒，掛齒用于掛長條狀物料，罐內(nèi)軌道與罐外的活動軌道相連，活動軌道的另一端與設(shè)置在罐體外的固定軌道相連，軌道上有機(jī)械牽引車牽引料車進(jìn)出汽爆罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的料車5，針對切碎的秸稈類塊狀物料，選用箱式網(wǎng)狀料車，網(wǎng)孔直徑與物料顆粒直徑之比為1 1 1 5，針對長纖維狀物 料，選用籠式掛鉤式料車，針對肉類或食品類原料，在箱式網(wǎng)狀料車內(nèi)設(shè)計(jì)類似抽屜的網(wǎng)狀隔板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的氣動球閥處的鋼網(wǎng)板10其孔徑與料車上網(wǎng)孔大小之比為1 4 1 1.5，其主要起二級攔截作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及的原位汽爆方法原料在汽爆反應(yīng)器中爆破，氣體逸出進(jìn)入氣體冷凝及回收系統(tǒng)，而物料在汽爆反應(yīng)器內(nèi)原位不動；其裝置包括一個(gè)臥式圓筒形罐體，罐體上罐壁安裝有壓力表、溫度表和蒸汽入口，下罐壁設(shè)有蒸汽出口，罐體兩側(cè)均安裝球閥，分別為料車的入口和出口，帶輪的箱式或籠式網(wǎng)狀料車，在蒸汽出口管路的氣動球閥前設(shè)置鋼網(wǎng)板，蒸汽出口管路后接一緩沖罐和氣體冷凝及回收裝置，罐內(nèi)底部有軸向的固定軌道，方便料車的進(jìn)出。該裝置有效解決了現(xiàn)有的汽爆技術(shù)和設(shè)備無法解決麻纖維原料在出料時(shí)的纏繞和打結(jié)、原料回收困難和損失、蒸汽直接排放進(jìn)入大氣造成的熱量浪費(fèi)、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)以及給實(shí)驗(yàn)分析帶來困擾等問題。
文檔編號D21B1/02GK102166496SQ201110068899
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者張玉針, 陳洪章 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所