CN102166508A

CN102166508A - 微波汽爆装置

Info

Publication number: CN102166508A
Application number: CN2011100687087A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 张玉针
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明涉及一种微波汽爆装置。包括进料口球阀，汽爆罐体，罐体外套有一微波炉腔，罐体上设有压力表、温度表和安全阀，缓冲罐，蒸汽进入气体冷凝及回收系统。微波炉腔采用一体化控制系统，工业级双磁控管错位和谐振排列设计，采用高频闭环反馈以及磁控管阳极电流控制方式获得连续输出微波，非接触式红外温度控制和非接触式光学压力监控，超大触摸液晶显示屏，可实时显示压力、温度、时间、功率及温度、压力、时间曲线。该装置以微波直接加热取代了蒸汽间接加热，缩短了4/5的加热时间，可以解决现有的汽爆技术能耗偏高的问题，也满足食品和中药等固体物料的对水质的要求；另外本装置采用自动化控制，操作简单，具有良好的经济和应用前景。

Description

微波汽爆装置

技术领域

本发明属于一种汽爆装置，特别涉及到用微波作为热源的汽爆装置。

背景技术

汽爆预处理是近年来发展起来的一种预处理方法。原料用蒸汽加热至180-235℃，维压一定时间，在突然减压喷放时，液态水迅速闪蒸，产生大量蒸汽，原料组织或细胞体积猛增，受机械力的作用，其结构被破坏；另外，在维压过程中，还有原料本身的自催化作用，其主要组分部分降解。

汽爆技术最早始于1926年，当时为间歇生产，主要是用于生产人造纤维板。从20世纪70年代开始，此项技术也被广泛用于动物饲料的生产和从木材纤维中提取乙醇和特殊化学品。80年代后，此项技术有很大的发展，使用领域也逐步扩大，出现了连续汽爆生产技术和设备，即加拿大Stake Technology公司，将此项技术应用于制浆造纸领域，它与加拿大魁北克大学共同研究，首先对杨木、后对许多非木材纤维原料进行了大量的汽爆试验，取得了很好的效果。在此基础上，开发研制了汽爆制浆技术和设备，并在制浆废液用于生产动物饲料技术方面也有深入的研究。

汽爆技术经过几十年的研究，已经发展到不同国家用于不同原料的预处理上，并用于众多领域。比如在食品工业、制药行业、生物能源、材料、化学品和环境保护等领域均有广泛的应用。其应用前景和优势日益突显，但存在的缺陷也日益暴露：(1)能耗高；(2)蒸汽作为热源，引入外来的杂质元素；(3)锅炉蒸汽的不稳定，严重影响汽爆效果。针对以上问题，本发明提出了全新的热源供应思路：采用微波直接加热一定湿含量的物料，调节微波功率和加热时间，然后突然泄压，爆破。

发明内容

本发明的目的是针对现有汽爆设备能耗高，汽爆过程中由于蒸汽的引入而带来杂质元素，锅炉蒸汽的供应不稳定等问题，提供一套微波汽爆技术和设备，不需提供外来加热蒸汽，而直接采用微波加热物料，加热一段时间后突然泄压爆破即可。

本发明的技术方案：本发明的基本构造如附图1：

物料从进料口球阀1进入镶嵌在微波炉腔4中的罐体3，因罐体3既要透过微波又要耐受高温高压，故罐体3由特殊材料构成，外罐：PEEK罐(进口原料，耐压达10Mpa)；内罐：TFM(进口原料，耐高温，防酸碱和有机溶剂)：外罐加入10％的填料保障耐温高达300℃。微波炉腔4内采用工业级双磁控管错位和谐振排列设计，保证炉腔内微波均匀，且为非脉冲连续微波发射：采用磁控管阳极电流控制方式获得连续输出微波，0-1700W发射功率连续可调；采用非接触式红外温度控制，实时监控腔内物料温度，采用非接触式光学压力监控，对腔内压力进行连续实时监控；采用一体化控制系统：触摸显示屏5和操作系统一体化集成无须外接控制设备，软件操作系统功能强大，可设置升温速率等。关闭阀门1，在触摸屏5上设定合适的温度、时间，打开微波开关，通过高频闭环反馈：即利用高精度的温度和压力传感器把密闭系统中反应数据以1/100秒的采集速度实时检测传输到CPU进行处理，比较后发出调整微波发射功率指令，以精确控制设定过程的温度和压力，使密闭微波化学反应过程始终按认定程序进行并实时显示温压曲线，时间到后微波自动停止加热，启动出口阀2，物料和蒸汽一同进入缓冲罐9后，汽固分离，蒸汽进入气体冷凝及回收系统11，气体冷凝及回收系统11采用水冷，其换热面积初步估算为0.1m²/200g初始含水50％的物料，可在1min内将物料冷却至室温。打开缓冲罐下端阀门10即得到汽爆物料。超大触摸液晶显示屏5上实时显示压力、温度、时间、功率及温度、压力、时间曲线，可用作机理研究和数据分析，内置方法应用集，根据需要调用即可。

本发明的有益效果：(1)有效解决高能耗问题。经计算，采用微波直接加热和水蒸汽间接加热同一批物料，物料达到同样温度的情况下，微波加热能耗为水蒸汽加热能耗的1/5到1/2；(2)微波直接加热避免了蒸汽作为热源引入杂质的问题，可谓清洁生产，满足一些卫生级别高的物料的预处理；(3)微波直接加热速率比水蒸汽的热传导速率提高了5-100倍；(4)避免了锅炉蒸汽的不稳定的问题，微波加热更具直接可控性；(5)一体化控制系统，避免了过多的人为操作，使的实验稳定性高，重复性好；(6)实时显示的温压曲线，便于汽爆机理分析和三传一反横算。

附图说明

图1为微波汽爆装置图。

图面说明如下：

1进料口球阀，2出口阀，3罐体，4微波炉腔，5触摸显示屏，6压力表，7温度表，8安全阀，9缓冲罐，10阀门，11气体冷凝及回收系统。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

微波腔5L。将室外风干的玉米秸秆切成1-2cm块状(其中含水量为14％)，称取200g(湿重)，补加144g水使其含水量为50％，待水分均匀吸收后，经进料阀1投入到罐体3中，关闭进料口球阀1。设定微波200℃(约1.5MPa)、5min，打开电源开关。时间到，微波停止加热，迅速打开出料口阀门2，多相物料一同进入缓冲罐9，经汽固分离后蒸汽进入冷凝系统11，收集冷凝下来的液体，固体物料则从缓冲罐下端阀门10放出。测定汽爆玉米秸秆半纤维素回收率为65.2％，纤维素酶解率为59.1％。实时显示的温度、压力曲线，可进行三传及一反横算。

实施例2

微波腔5L。将室外风干的玉米秸秆切成1-2cm块状(其中含水量为14％)，称取200g(湿重)，补加144g水使其含水量为50％，待水分均匀吸收后，经进料阀1投入到罐体3中，关闭进料口球阀1。设定微波190℃(约1.2MPa)、8min，打开电源开关。时间到，微波停止加热，迅速打开出料口阀门2，多相物料一同进入缓冲罐9，经汽固分离后蒸汽进入冷凝系统11，收集冷凝下来的液体，固体物料则从缓冲罐下端阀门10放出。测定汽爆玉米秸秆半纤维素回收率为68.2％，纤维素酶解率为63.1％。实时显示的温度、压力曲线，可进行三传及一反横算。

实施例3

微波腔5L。将室外风干的玉米秸秆切成1-2cm块状(其中含水量为14％)，称取200g(湿重)，补加65g水使其含水量为35％，待水分均匀吸收后，经进料阀1投入到罐体3中，关闭进料口球阀1。设定微波190℃(约1.2MPa)、8min，打开电源开关。时间到，微波停止加热，迅速打开出料口阀门2，多相物料一同进入缓冲罐9，经汽固分离后蒸汽进入冷凝系统11，收集冷凝下来的液体，固体物料则从缓冲罐下端阀门10放出。测定汽爆玉米秸秆半纤维素回收率为83.2％，纤维素酶解率为69.3％。实时显示的温度、压力曲线，可进行三传及一反横算。

Claims

1.一种原料预处理的微波汽爆装置，包括一个罐体3，罐体3外套有一微波炉腔4，罐体3上设有压力表6、温度表7和安全阀8，进料口球阀1由电动控制，出料口球阀2由气动控制，其特征在于：物料从进料口球阀1进入镶嵌于微波腔4中的罐体3中，关闭阀门1，在触摸显示屏5上设定好温度和时间，打开微波开关，到达设定时间后微波自动停止加热，打开出口阀2，物料和蒸汽一同进入缓冲罐9中，汽固分离，蒸汽进入气体冷凝及回收系统11，打开缓冲罐下端阀门10即得到汽爆物料。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的罐体3的外罐为进口原料，耐压达10Mpa的PEEK罐；内罐为进口原料，耐高温，防酸碱和有机溶剂的TFM，外罐加入10％的填料保障耐温高达300℃。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的微波炉腔4，采用工业级双磁控管错位和谐振排列设计，保证炉腔内微波均匀；非脉冲连续微波发射：采用磁控管阳极电流控制方式获得连续输出微波，0-1700W发射功率连续可调。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的微波炉腔4，采用高频闭环反馈：即利用高精度的温度和压力传感器把密闭系统中反应数据以1/10-1/200秒的采集速度实时检测传输到CPU进行处理，比较后发出调整微波发射功率指令，精确控制设定过程的温度和压力，使密闭微波化学反应过程始终按认定程序进行并实时显示温压曲线。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的微波炉腔4，采用非接触式红外温度控制，实时监控腔内物料温度，采用非接触式光学压力监控，对腔内压力进行连续实时监控。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的微波炉腔4，采用一体化控制系统：触摸显示屏和操作系统一体化集成无须外接控制设备，软件操作系统功能强大，根据需要设置升温速率。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的微波炉腔4，设有超大触摸液晶显示屏5：实时显示压力、温度、时间、功率及温度、压力、时间曲线；内置方法应用集，根据需要调用。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的气体冷凝及回收系统11采用水冷，其换热面积为0.1m²/200g初始含水50％的物料，在1min内将物料冷却至室温。