CN102600763A

CN102600763A - 数控连续汽爆机

Info

Publication number: CN102600763A
Application number: CN2011100306598A
Authority: CN
Inventors: 于政道
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-22
Filing date: 2011-01-22
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明涉及一种对生物质进行蒸汽爆碎预处理的生产设备，为生物质利用行业的预处理设备。本发明提供的一种利用滑动封盖原理能在毫秒级(0.00875s)的时间内完成超音速蒸汽爆碎过程的数控连续汽爆机。由于该汽爆机的放气截面积即滑动封盖截面积等于高压缸体截面积，而该截面积与汽爆处理容积成固定比例，这就克服了传统热喷放工艺随处理容积加大而放气时间延长的问题，不仅使汽爆功率密度提高了三个数量级，而且使批量化处理的物料“生熟”程度一致，为工业化生化处理工艺一致性奠定了基础。同时，该机具备全自动进出料功能，实现了连续化汽爆生产。

Description

数控连续汽爆机

技术领域

本发明涉及一种对生物质进行蒸汽爆碎预处理的生产设备，为生物质利用行业的预处理设备。

背景技术

蒸汽爆碎(Steam Explosion)的技术本质为：将渗进植物组织内部的蒸汽分子短时间突发性释放完毕，目的是用较少的能量将原料按目的分解。汽爆机是将容器内的原料与高压蒸汽在毫秒级的范围内，以炸散的形式悬在大气空间。这一过程不仅利用了蒸汽的高压势能，更主要的是使蒸汽内能转化为机械能，实现了绝热膨胀做功。由于其作用时间短，能量密度高且作用位置集中，使渗透到纤维素与木质素等大分子之间的水蒸汽分子产生强大的破坏力，可充分的在大分子水平上将物料分解，为后期酶水解等生化处理创造基础条件。

目前的汽爆设备只能称之为热喷放装置，其基本模式是：在一个压力容器底部装置阀门，通过阀门的快速打开实现压力突然释放，产生热喷放效果。这一模式存在的主要问题在于：由于放气截面相对于压力容器容积小很多，并且高压阀门开启速度有限，高压蒸汽的压力释放过程时间长，一般为3～10秒，难以达到毫秒级，无法实现蒸汽绝热膨胀做功，降低了能量密度，使物料分解程度不高。并且当容器容积加大时，阀门无法等比例放大，更拉大了放气截面与容器容积的差距，使压力释放过程愈加延长。因此这种热喷放模式产生不了真正的蒸汽爆碎现象。此外，还有一种通过螺杆连续挤出方式来模拟蒸汽爆碎过程的技术模式，其特点是：固形物或称物料干物质本体受高应力挤压并产生高温，在其出口挤压应力消失后，物料膨化。这种工艺过程不是以汽体渗入植物组织内部的方式充注可爆发的压缩汽体能，并使其在短时间爆炸释放，因此不具备“爆”的条件，也无爆的声音，无法从分子水平上打破原有纤维素大分子晶格。其结果是以巨大的功耗来压缩固体，却未产生纤维素物质预处理的预期效果，对于后期的酶水解帮助不大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术之不足，提供一种利用滑动封盖原理能在毫秒级(0.00875s)的时间内完成超音速蒸汽爆碎过程的数控连续汽爆机。由于该汽爆机的放气截面积即滑动封盖截面积等于高压缸体截面积，而该截面积与汽爆处理容积成固定比例，这就克服了传统热喷放工艺随处理容积加大而放气时间延长的问题，不仅使汽爆功率密度提高了三个数量级，而且使批量化处理的物料“生熟”程度一致，为工业化生化处理工艺一致性奠定了基础。同时，该机具备全自动进出料功能，实现了连续化汽爆生产。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明包括：高压缸体、滑动封盖、自动加料系统、回收仓、框架、上部料仓、物料接收仓、气动系统、数控系统。其中，滑动封盖套装于高压缸体中，可在其中上下滑动，通过专用密封组件实现滑动密封。当滑动封盖向一端运行到位时，可实现高压缸体端口密封；当滑动封盖向另一端运行即可打开端口密封，使高压缸体整个截面暴露于大气中，从而完成从加料到爆出的循环动作。自动加料系统安装于高压缸体上口，整体高压缸体装置于回收仓上部，外接蒸汽通过管道通入到高压缸体中。高压缸体、滑动封盖、回收仓、上部料仓、物料接收仓、气动系统均安装于框架内部。数控系统独立于机体之外，可进行远程控制。数控连续汽爆机的工作过程是这样的：

在数控系统控制下，首先由自动加料系统打开滑动封盖顶部的加料盖并移向一侧，再落下高压缸体正上方的入料导筒，将框架上部料仓内的物料卸入高压缸体中；当物料加满后，再由自动加料系统将入料导筒收起，移回加料盖并扣入到滑动封盖顶部；此时即可打开蒸汽进入阀门，使蒸汽进入高压缸体；当达到预定的压力渗透平衡时间后，关闭蒸汽进入阀门，同时启动气动系统，驱动滑动封盖在高压缸体内向下做直线运动，引发滑动封盖上下端受压面积不等，产生压力失稳导致蒸汽弹射，驱动滑动封盖向下急速运动，彻底打开高压缸体截面，并使整体高压缸体内部的蒸汽混合物料产生突爆。由于滑动封盖尺寸与高压缸体内径相当，这一过程完全模拟了压力容器突然断为两截的爆炸过程，即放气截面积等于容器截面积，从结构原理上确保了汽爆的突放性。同时，放气截面的开启过程是由蒸汽自身压差引发的蒸汽弹射完成，也达到了毫秒级的速度。受高压蒸汽爆发的巨大冲力驱动，物料瞬间被高速弹射入回收仓，通过回收仓的联体气旋分离器的作用，将气浪分离，由排气口向上排出，爆出物料则向下落入物料接收仓并由物料输送设备连续不断的送出到下道工序。

本发明的优点是：

1、本发明的汽爆放气截面等于容器截面，最大程度实现了爆发突然性。相比热喷放装置中放气时间受制于放气阀门与容器大小比例，本发明的放气时间与容器容积大小无关，在保证汽爆效果不变的前提下为大型汽爆设备打通了技术通道。

2、本发明通过蒸汽压力失稳加速驱动滑动封盖，所产生的蒸汽弹射作用能量巨大，实现高速驱动滑动封盖，其驱动力与容器截面成正比，使滑动封盖无论体量质量大小都能快速完成汽爆打开。

3、由于在毫秒级的时间内完成爆破，使水蒸汽进行了绝热膨胀做功，将蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间，提高了爆破能量密度，使物料得到充分分解，使得蒸汽保压时间由十几分钟缩短到几十秒，也无需化学药品添加，不仅节约了蒸汽能耗，而且提高了设备的生产能力。

4、本发明由于全部物料爆出过程在毫秒级的时间内完成，避免了热喷放装置中第一秒与第十秒喷出物料的生熟程度不同的问题，即“前熟后生”问题，为后续处理提供了生化特性高度统一的预处理物料。满足了工业化生产中工艺一致性要求。

5、本发明的运行全过程由电脑数控操作，出入料全自动化，实现了连续生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明一实施例的整机主视图。

图2为本发明一实施例的去掉外壳后机芯轴测视图。

图3为本发明一实施例的高压缸体剖视图。

参照附图，本发明包括：高压缸体1、滑动封盖2、自动加料系统3、回收仓4、框架5、上部料仓6、物料接收仓7、气动系统8、数控系统。

在图1及图2实施例中：自动加料系统3安装于高压缸体1上口，整体高压缸体1装置于回收仓4上部，蒸汽通过管道通入到高压缸体1中。高压缸体1、滑动封盖2、回收仓4、上部料仓6、物料接收仓7、气动系统8均安装于框架5内部。数控系统独立于机体之外，可进行远程控制。在图3中：滑动封盖2套装于高压缸体1中，可在其中上下滑动，通过专用密封组件实现滑动密封。当滑动封盖2向一端运行到位时，可实现高压缸体1端口密封；当滑动封盖2向另一端运行即可打开端口密封，使高压缸体1整个截面暴露于大气中，并完成从加料到爆出的循环动作。

本发明的工作过程是这样的：在数控系统控制下，首先由自动加料系统3打开滑动封盖2顶部的加料盖并移向一侧，再落下高压缸体1正上方的入料导筒，将框架上部料仓6内的物料卸入高压缸体1中；当物料加满后，再由自动加料系统3将入料导筒收起，移回加料盖并扣入到滑动封盖2顶部；此时即可打开蒸汽进入阀门，使蒸汽进入高压缸体；当达到预定的压力渗透平衡时间后，关闭蒸汽进入阀门，同时启动气动系统8，驱动滑动封盖2在高压缸体1内向下做直线运动，引发滑动封盖2上下端受压面积不等，产生压力失稳导致蒸汽弹射，驱动滑动封盖2向下急速运动，彻底打开高压缸体截面，并使整体高压缸体内部的蒸汽混合物料产生突爆。由于滑动封盖2尺寸与高压缸体1内径相当，这一过程完全模拟了压力容器突然断为两截的爆炸过程，即放气截面积等于容器截面积，从结构原理上确保了汽爆的突放性。同时，放气截面的开启过程是由蒸汽自身压差引发的蒸汽弹射完成，也达到了毫秒级的速度。受高压蒸汽爆发的巨大冲力驱动，物料瞬间被高速弹射入回收仓4，通过回收仓4的联体气旋分离器的作用，将气浪分离，由排气口向上排出，爆出物料则向下落入物料接收仓7并由物料输送设备连续不断的送出到下道工序。

具体实施方式

LB-6型数控连续汽爆机为上述发明的具体实施。该型汽爆机每只高压缸体容积300升，工作压力2.5Mpa，每缸每小时平均可处理1吨秸秆或3吨粮食，属中型汽爆机，一般设计为多缸并列运行。为生物化工、酿酒、造纸等行业生产提供了工业化连续汽爆预处理装备。

Claims

1.一种数控连续汽爆机，包括高压缸体、滑动封盖、自动加料系统、回收仓、框架、上部料仓、物料接收仓、气动系统、数控系统。其中，自动加料系统安装于高压缸体上口，整体高压缸体装置于回收仓上部，外接蒸汽通过管道通入到高压缸体中。高压缸体、滑动封盖、回收仓、上部料仓、物料接收仓、气动系统均安装于框架内部。数控系统独立于机体之外，可进行远程控制。其特征是：滑动封盖套装于高压缸体中，滑动封盖可在高压缸体中上下滑动，通过专用密封组件实现滑动密封；当滑动封盖在高压缸体内向一端运行到位时，可实现高压缸体端口密封；当滑动封盖向另一端运行即可打开端口密封，使高压缸体整个截面暴露于大气中，从而完成从加料到爆出的循环动作。