CN102261005B - 双缸结构的蒸汽爆破装置 - Google Patents

Abstract

一种双缸结构的蒸汽爆破装置，其特征是它包括爆破缸（1）和贮汽缸（2），贮汽缸（2）套装在爆破缸（1），在爆破缸（1）的缸壁上设置有连通贮汽缸（2）内腔和爆破缸（1）内腔的喷嘴（3），在爆破缸（1）的上封头上设置有进料口（4），在爆破缸（1）的下封头上设置有快开阀门（5），在爆破缸（1）的内部设置有带有栅孔（9）的倒锥形漏斗（6），倒锥形漏斗（6）将爆破缸（1）的内腔分割成物料腔（7）和杂物腔（8）两个腔，物料腔（7）和杂物腔（8）通过所述的栅孔（9）连通，快开阀门（5）分别设有进汽口和出料口。本发明结构简单，可以有效提高物料喷放速度，实现物理概念上的“蒸汽爆破”，有效提高运用蒸汽爆破技术对生物质的处理质量，同时提高生产效率。

Description

双缸结构的蒸汽爆破装置

技术领域

 本发明涉及一种植物根茎处理装置，尤其是一种利用爆破原理破坏植物根茎纤维结构的爆破装置，具体地说是一种双缸结构的蒸汽爆破装置。

背景技术

[0002] 众所周知，传统的蒸汽爆破技术始于1926年，是由W．H．Mason发展起来的，故称为Masonite法。该工艺最早主要使用于纸浆生产，采用高温蒸汽对生物质进行蒸煮，然后通过一个快开阀门将高温蒸煮过的生物质喷放到后续(常压)接收装置中。随后，在此工艺基础上，人们对蒸汽爆破制浆进行了大量的研究与改进，产生了Stake和Kokta法以及其他一些重要的爆破工艺，如Iotech和Siropulper。

由于传统的蒸汽爆破技术工艺在生物质喷放的过程中，喷放时间随蒸煮容器的体积和结构形状（如圆柱形容器的长径比）而改变，一般在几秒钟到十几分钟。如果从爆破的物理概念来衡量时，这种传统的蒸汽爆破方法不能称之为爆破，而应该称之为蒸汽热喷放技术。

所谓热喷放技术通常是指将经高温高压蒸煮过的物料经快放阀门释放至常压接收容器的过程。在这个过程中，由于物料是依次通过快放阀门，故释放出物料的爆破压力随经过阀门的先后依次降低，更重要的是被爆生物质物料组织内部蒸汽的能量不能以爆的形式瞬间释放，而是一个从生物质物料组织内逐渐的释放过程。研究发现，生物质物料在压力场作用下，蒸汽通过生物质表面微孔完成渗透压的过程很快，即内外压平衡时间很短，大部分生物质物料比如玉米秸秆、水稻秸秆等均可在1s内完成。如果压力突降的速度等于或大于渗透压速度(即汽爆时间大于或等于渗透压时间)，渗入生物质内的蒸汽就有足够的时间通过微孔慢慢释放出来，大部分的蒸汽没有对生物质做膨胀功，则不能实现物理意义上的汽爆。这种蒸汽热喷放技术，虽然生产效率相对比较高，但是对生物质物料的组分有效分离和处理效果有限。

目前，有一种结构上采用了爆腔（缸）原理设计的蒸汽爆破设备，其爆速是按0.00875秒设计，这种设备可以对生物质物料进行组分有效分离研究。但是，这种设备由于结构和技术上的限制，效率低、设备造价高，因此，限制了其在工业化生产中的运用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的爆破设备存在的效率低，结构复杂、造价高的问题，设计一种结构简单，成本低，操作使用方便的双缸结构的蒸汽爆破装置。

本发明的技术方案是：

一种双缸结构的蒸汽爆破装置，其特征是它包括爆破缸1和贮汽缸2，贮汽缸2套装在爆破缸1上，在爆破缸1的缸壁上设置有连通贮汽缸2内腔和爆破缸1内腔的喷嘴3，在爆破缸1的上封头上设置有进料口4，在爆破缸1的下封头上设置有快开阀门5，在爆破缸1的内部设置有带有栅孔9的倒锥形漏斗6，倒锥形漏斗6将爆破缸1的内腔分割成物料腔7和杂物腔8两个腔，物料腔7和杂物腔8通过所述的栅孔9连通，快开阀门5分别设有进汽口和出料口。

所述的喷嘴3设置在靠近爆破缸1上部位置处。

所述的喷嘴3直径为1～20mm。

所述的喷嘴3的喷射方向向下，它的轴心线与爆破缸内壁的倾角为15°～90°。

所述的爆破缸1设置有内缸10，所述的内缸10的下端位于倒锥形漏斗6中，内缸10的缸壁上设有供压力汽体进入的进气孔11，所述内缸10和爆破缸1之间设有供压力汽体通过的间隙。

本发明的有益效果：

1．相对传统的蒸汽爆破技术，可以实现真正物理概念上的“蒸汽爆破”，有效提高运用蒸汽爆破技术对生物质的处理质量；

2．相对爆腔（缸、笼）式的蒸汽爆破技术，解除了结构和技术上的限制，可以有效提高效率；

3．结构简单、设备造价低；

4．可在生物质能源、生物质物料组分分离、造纸制浆、烟草处理、饲料加工等领域的工业化生产中广泛运用；

5．本发明通过贮气缸的作用可使爆破更为彻底，弥补了传统爆破装置的不足，同时有利于将爆破缸中的物料排空。

附图说明

    图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    如图1所示。

一种双缸结构的蒸汽爆破装置，它包括爆破缸1和贮汽缸2，贮汽缸2通过焊接套装在爆破缸1上，贮汽缸2的直径大于爆破缸1的直径，高度则小于爆破缸1的高度，在爆破缸1的缸壁上设置有连通贮汽缸2内腔和爆破缸1内腔的喷嘴3，喷嘴3应沿爆破缸1圆周布置，最好位于爆破缸1的上部位置处，喷嘴3的直径以1～20mm为宜且最好呈斜孔状，即喷嘴3的喷射方向向下，它的轴心线与爆破缸1内壁的倾角为15°～90°，在爆破缸1的上封头上设置有进料口4，在爆破缸1的下封头上设置有快开阀门5，在爆破缸1的内部设置有带有栅孔9的倒锥形漏斗6，设置栅孔9的目的是便于蒸汽进入漏斗中，同时又能使物料杂质及蒸汽冷凝水漏下进入杂物腔8中，如图1所示，在倒锥形漏斗6的作用下，爆破缸1的内腔被分割成物料腔7和杂物腔8两个腔，物料腔7和杂物腔8通过所述的栅孔9连通，快开阀门5分别设有进汽口和出料口，当需要加压时通过快开阀门5将压力蒸汽送入爆破缸1中然后关闭进汽口，保压结束爆破时又通过快开阀门5将出料口迅速打开，快开阀门5可通过计算机进行控制。为了提高转化效果，具体实施时还可在爆破缸1设置内缸10，所述的内缸10的下端位于倒锥形漏斗6中，内缸10的缸壁上设有供压力汽体进入的进气孔11，所述内缸10和爆破缸1之间设有供压力汽体通过的间隙。

    本发明的工作过程如下：

蒸汽爆破装置在处理生物质物料时，通过人工或机械将物料由进料口4加入爆破缸1内，水蒸汽或压缩空气经由快开阀门5上的蒸汽进口通入爆破缸1内加压。在对爆破缸1内加压的同时也对贮汽缸2充汽和加压，随着爆破缸1内压力的增高，贮汽缸2内的压力也随之增高。根据工程热力学原理，当爆破缸1内压力达到工作压力时，爆破缸1内压力与贮汽缸2内、管路压力相等，系统处于平衡状态，这是贮汽缸2的充汽过程。

当达到设定的工作压力进行保压时，这就是蒸汽爆破过程的第一阶段——汽相浸渗(蒸煮)阶段。在汽相浸渗阶段，生物质中半纤维素和木质素部分降解；同时，复合胞间层的木质素软化并部分降解，降低了纤维的粘结强度，而产生纤维素链的类酸性降解、热降解和物理断裂。当保压结束爆破罐喷放口（快开阀门5）快速打开时，进入蒸汽爆破过程的第二阶段——爆破阶段。在爆破阶段，爆破缸喷放口快速打开，此时，爆破缸内的高压蒸汽和物料高速喷放到常压状态中，产生爆破反应，完成生物质爆破处理。而贮汽缸的排汽则是从爆破缸1喷放口快速打开的瞬间开始，贮气缸2内气体经喷嘴3反喷入爆破缸内，推动物料加速从喷放口喷出，并将蒸汽爆破缸中残余的物料排出干净。

由此可见，在预定的工作压力条件下，根据爆破缸的容量，在确定了合适的爆破缸喷放口快速打开方式和喷放口断面积的情况下（可通过常规计算或参照相关手册加以实现），采用带有贮汽缸的蒸汽爆破罐结构，并选择合理的贮汽缸容积、贮汽缸与爆破缸体内部连通的喷嘴的相关参量，就可以使爆破缸内的高压蒸汽和物料以超音速的速度喷放到常压状态中，产生爆破反应，提高蒸汽爆破处理的质量。

本发明的具体操作与常用的爆破压力罐一样，首先将物料从进料口4加入到爆破缸1内，将进料口用密封盖密封好，然后通过快开阀门5上的进汽口通入蒸汽，蒸汽遇到倒锥形漏斗6受阻，只能再通过其上设置的栅孔9均匀的进入到爆破缸1内，使其中压实的物料均匀受热。

在对爆破缸1内通入蒸汽和加压的同时也对贮汽缸2充汽和加压，随着罐内压力的增高，贮汽缸2内的压力也随之增高，当爆破缸1内压力达到工作压力时，爆破缸1内压力与贮汽缸2内、管路压力相等，系统处于平衡状态。保压时间结束，由电脑控制的快开阀门5快速打开，此时，爆破缸1内的高压蒸汽和物料高速喷放到常压状态中，产生爆破反应。在爆破缸1喷放口快速打开的瞬间，贮气缸2内气体经喷嘴3反喷入爆破缸内，推动物料加速从喷放口喷出，并将蒸汽爆破缸中残余的物料排出干净，完成生物质蒸汽爆破处理。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种双缸结构的蒸汽爆破装置，其特征是它包括爆破缸（1）和贮汽缸（2），贮汽缸（2）套装在爆破缸（1），在爆破缸（1）的缸壁上设置有连通贮汽缸（2）内腔和爆破缸（1）内腔的喷嘴（3），在爆破缸（1）的上封头上设置有进料口（4），在爆破缸（1）的下封头上设置有快开阀门（5），在爆破缸（1）的内部设置有带有栅孔（9）的倒锥形漏斗（6），倒锥形漏斗（6）将爆破缸（1）的内腔分割成物料腔（7）和杂物腔（8）两个腔，物料腔（7）和杂物腔（8）通过所述的栅孔（9）连通，快开阀门（5）分别设有进汽口和出料口；所述的喷嘴（3）设置在靠近爆破缸（1）上部位置处；所述的喷嘴（3）的喷射方向向下，它的轴心线与爆破缸内壁的倾角为15°～90°。

2.根据权利要求1所述的双缸结构的蒸汽爆破装置，其特征是所述的喷嘴（3）直径为1～20mm。

3.根据权利要求1所述的双缸结构的蒸汽爆破装置，其特征是所述的爆破缸（1）设置有内缸（10），所述的内缸（10）的下端位于倒锥形漏斗（6）中，内缸（10）的缸壁上设有供压力汽体进入的进气孔（11），所述内缸（10）和爆破缸（1）之间设有供压力汽体通过的间隙。

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