CN109208364B - 蒸汽爆破装置 - Google Patents

Abstract

蒸汽爆破装置，包括：一筒体、一料斗、一收料仓、两个气动蝶阀、至少8根进气管、至少8个温控单元、一与蒸汽管道连通的储气罐、至少8根出气管，筒体上端的进料口与料斗的出料口连接，筒体下端的出料口与收料仓连接，且筒体与料斗之间、筒体与收料仓之间均设置有一气动蝶阀；进气管设为4根一组，使得每组进气管沿筒体高度方向均布，且每一组进气管中的四根进气管位于筒体同一高度、并在横向上将筒体均分；每个进气管上设置有一温控单元；出气管一端与储气罐连通，另一端通过金属软管与筒体上的进气管连通。优点是：使得筒体内蒸汽充分与物料接触，均匀地破坏物料结构，保证产品均一性；避免因长距离供气造成蒸汽压力不稳定情况的发生。

Description

蒸汽爆破装置

技术领域

本发明涉及生物新材料器械技术领域，具体地说是一种蒸汽爆破装置。

背景技术

目前在物理处理方面，蒸汽爆破预处理是一种革新的最有前景的预处理方法，其利用饱和水蒸汽将秸秆原料加热至一定的压力，高压蒸汽渗入纤维内部，以气流的方式从封闭的孔隙中释放出来，使纤维发生一定的机械断裂，然后骤然减压至大气压对秸秆进行预处理的一种物理手段；但是，现有小设备生产效率低下，而大蒸汽爆破设备处理物料不均匀，因此，设计一种新型的，以打破木质素和半纤维素形成的致密网状结构和降低纤维素的结晶度的破爆破设备是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种蒸汽爆破装置，利用该装置对秸秆进行预处理，以降低秸秆中木质素和半纤维素的含量，并降低纤维素的结晶度。

蒸汽爆破装置，包括：一筒体、一料斗、一收料仓、两个气动蝶阀、至少8根进气管、至少8个温控单元、一与蒸汽管道连通的储气罐、至少8根出气管，筒体上端的进料口与料斗的出料口连接，筒体下端的出料口与收料仓连接，且筒体与料斗之间、筒体与收料仓之间均设置有一气动蝶阀，用于控制物料在筒体内的输入与输出；进气管设为4根一组，使得每组进气管沿筒体高度方向均布，且每一组进气管中的四根进气管位于筒体同一高度、并在横向上将筒体均分，同时，每根进气管一端设于筒体内部，另一端延伸出筒体并通过一金属软管与出气管连通，用于向筒体内输入蒸汽；每个进气管上设置有一温控单元，用于控制进气管的启、闭；每根出气管对应一根进气管；

出气管一端与储气罐连通，另一端通过金属软管与筒体上的进气管连通，使得蒸汽管道运输的蒸汽先经过储气罐后，再通过储气罐运输至筒体内，使得筒体内各个位置的蒸汽保持在同一个压力。

本发明的蒸汽爆破装置，其优点是：

1、筒体以及筒体上进气管的结构设计，使得筒体内蒸汽充分与物料接触，均匀地破坏物料结构，防止在生产过程中产生生料和废料，保证产品的均一性；

2、储气罐与筒体上温控单元的结构设计，避免了因长距离供气造成的蒸汽压力不稳定情况的发生，保证了蒸汽供应的稳定性；

3、筒体内圆锥分料器的设计，可以有效防止物料进入筒体后成塔状堆积，以使得物料更均匀地分布在筒体内，同时，避免物料在筒体的进料口堆积而干扰筒体上部气动蝶阀的关闭，造成蒸汽泄漏；

4、进气管、金属软管以及进气管上蒸汽电磁阀的结构设计，可根据需要对进气管进行清理，避免因蒸汽爆破装置长期使用而造成进气管堵塞情况的发生。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为筒体上设置进气管的部分俯视图；

图3为本发明温控单元结构示意图；

图4为图1中A部放大图；

图5为图1中B部放大图；

图6为筒体1的筒壁结构部分结构示意图；

其中：

筒体1、圆锥分料器1A、支撑棒1B；

料斗2、收料仓3、气动蝶阀4、进气管5；

温控单元6、蒸汽电磁阀6A、温度探头6B、温度表6C；

蒸汽管道7、储气罐8、出气管9、金属软管10、进料螺杆11、电机12、安全阀13、法兰14、压力传感器15。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例一

如图1~图3所示的蒸汽爆破装置，包括：一筒体1、一料斗2、一收料仓3、两个气动蝶阀4、至少8根进气管5、至少8个温控单元6、一与蒸汽管道7连通的储气罐8、至少8根出气管9，筒体1上端的进料口与料斗2的出料口连接，筒体1下端的出料口与收料仓3连接，且筒体1与料斗2之间、筒体1与收料仓3之间均设置有一气动蝶阀4，用于控制物料在筒体1内的输入与输出；进气管5设为4根一组，使得每组进气管5沿筒体1高度方向均布，且每一组进气管5中的四根进气管位于筒体1同一高度、并在横向上将筒体1均分，同时，每根进气管5一端设于筒体1内部，另一端延伸出筒体1并通过一金属软管10与出气管9连通，用于向筒体1内输入蒸汽；进气管5的设计，使得筒体1内蒸汽充分与物料接触，均匀地破坏物料结构，防止在生产过程中产生生料和废料，保证产品的均一性。每个进气管5上设置有一温控单元6，用于控制进气管5的启、闭；每根出气管9对应一根进气管5；

出气管9一端与储气罐8连通，另一端通过金属软管10与筒体1上的进气管5连通，使得蒸汽管道7运输的蒸汽先经过储气罐8后，再通过储气罐8运输至筒体1内，使得筒体1内各处蒸汽保持在同一个压力。

筒体1为圆台形，且筒体1上部直径大于下部直径，当物料进入筒体1后，筒体1下部单位面积上承受的重量大，从而使得筒体1下部物料堆压紧实，由于筒体1上进气管5的结构设计，使得筒体内各处蒸汽温差小于1℃；

优选地，温控单元6包括一蒸汽电磁阀6A、一温度探头6B、一设置于电控设备箱内的温度表6C（图1中未画出），蒸汽电磁阀6A设置于进气管5上裸露于筒体1外部结构上，温度探头6B设置于筒体1上、并位于进气管5上端，且一端位于筒体1内部，另一端延伸至筒体1外部；温度表6C位于筒体1外部，且温度表6C的信号输入端与温度探头6B的信号输出端电连接，温度表6C的信号输出端与蒸汽电磁阀6A的信号输入端电连接，当温度探头6B将筒体1内检测的温度信号传递与其相连的温度表6C，并通过温度表6C控制蒸汽电磁阀6A，继而控制进气管5的启、闭；

进一步地，进气管5、温度探头6B均与筒体1外壁构成的夹角α为45°（如图4所示），避免物料堵塞进气管5伸入筒体1内的一端；

储气罐8上还设置有一温控单元6，且蒸汽电磁阀6A设于蒸汽管道7上，温度探头6B设置于储气罐8上，温度表6C设于电控设备箱内（图1中未画出），用于控制储气罐8内蒸汽的输入。

优选地，纵向上，每组进气管5中相同方向设置的进气管位于同一直线上；爆破装置还包括一进料螺杆11、一电机12，电机12的输出轴与进料螺杆11一端连接，进料螺杆11另一端伸入料斗2内，通过电机12带动进料螺杆11转动，从而将料斗2内物料送入筒体1内；

储气罐8上还设置有一安全阀13，用于保护储气罐8，当储气罐8内压力超过安全阀13设定压力时，自动开启泄压，保证储气罐8内压力在设定压力之下，保证储气罐8正常工作。

进入料斗2内的物料是经粉碎至粒径为1~3mm的粉碎物料；优选为玉米秸秆；

料斗2与筒体1之间设置有两个法兰14，一法兰14位于料斗2底端，另一法兰14与筒体1上部进料口连接，且位于料斗2与筒体1之间的气动蝶阀4位于两个法兰14之间，用于控制筒体1进料；同理，筒体1与收料仓3之间设置有两个法兰14，一法兰14位于筒体1底端面，另一法兰14与收料仓3上部的进料口连接，使得筒体1与收料仓3之间的气动蝶阀4位于两个法兰14之间，用于控制筒体1内物料的输出。

实施例二

如图1~图3所示的蒸汽爆破装置，与实施例一不同之处在于：

筒体1内的上部设有一空心的圆锥分料器1A、至少三根支撑棒1B，支撑棒1B一端固定于筒体1内壁，另一端位于圆锥分料器1A底端，用于将圆锥分料器1A固定于筒体1内；圆锥分料器1A的顶点朝向料斗2一侧，且圆锥分料器1A的竖向中心线与筒体1的竖向中心线重合，使得物料从筒体1进料口进入筒体1后，在圆锥分料器1A的作用下，避免物料堆积；

优选地，支撑棒1B与筒体1内壁之间的夹角β为钝角（如图5所示），避免阻碍筒体1内物料向下运动；支撑棒1B将圆锥分料器1A底部均分，使得圆锥分料器1A受力均匀；

圆锥分料器1A壁厚5mm；支撑棒1B优选为钢制材料，且直径为5mm。

实施例三

如图1~图3所示的蒸汽爆破装置，与实施例二不同之处在于：

储气罐8与筒体1上均设置有压力传感器15，用于实时观测储气罐8与筒体1上的压力，并记录；筒体1上的压力传感器15设于筒体1上部，且压力传感器15与筒体1的进料口之间未设置进气管5；

如图6所示，筒体1的筒壁分为内层1C、中层1D、外层1E，且内层1C、外层1E均为不锈钢材料制成，中层1D是由内层1C与外层围合而成的空心结构，且该空心结构中设置有石棉，用于保温。筒体1内的物料与内层1C接触。

实施例四

对比试验1

进行蒸汽爆破实验：

使用本发明装置，但只设置一根进气管5，体积为3m³的筒体1

以玉米秸秆为原料，反应温度条件为210℃，爆破时间10min，同时，当达到爆破时间8分钟时，测量筒体1内设置四个温度检测点，且该四个温度检测点将筒体1在纵向上均分为5段，因此从上到下四个温度检测点的检测温度依次为 206.1℃、210.1℃、208.8℃、203.5℃，筒体1上部压力传感器15所测压力为1.9mpa；

物料经爆破后为黄褐色，颜色不均一，有明显成团淡黄色生料。将处理后的玉米秸秆进行同步糖化发酵，最终得到的乙醇浓度为37.3g/l，为理论转化率的63.2%。

对比试验2：

本发明装置进行试验：16根进气管5，共四组进气管，体积为3m³的筒体1，材料为玉米秸秆，设置筒体1内蒸汽温度为210℃，压力传感器所测压力为1.9mpa，爆破时间10min；

当达到爆破时间8分钟时，四组进气管从上至下所检测的温度为如下：

第一组： 209.5℃、209.6℃、209.7℃、 209.3℃

第二组：210.1℃、210.0℃、210.0℃、210.2℃

第三组：209.8℃、209.8℃、210.0℃、210.0℃

第四组：209.5℃、209.4℃、209.5℃、209.1℃

爆破结果：蒸汽爆破出来的物料颜色为黄褐色，颜色均一，没有成团淡黄色生料。

将处理后的玉米秸秆进行同步糖化发酵，最终得到的乙醇浓度为51.9g/l，为理论转化率的88%。

对比试验3：

本发明装置进行试验：16根进气管5，共四组进气管，体积为3m³的筒体1，材料为玉米秸秆，设置筒体1内蒸汽温度为205℃，压力传感器所测压力为1.75mpa，爆破时间10min；

当达到爆破时间8分钟时，四组进气管从上至下所检测的温度为如下：

第一组：204.7℃、204.5℃、204.9℃、 204.4℃

第二组：205.0℃、205.0℃、205.0℃、205.0℃

第三组：204.9℃、205.0℃、204.9℃、204.8℃

第四组：204.5℃、204.3℃、204.5℃、204.1℃

爆破结果：蒸汽爆破出来的物料颜色为深黄色，颜色均一，没有成团淡黄色生料。

将处理后的玉米秸秆进行同步糖化发酵，最终得到的乙醇浓度为47.8g/l,为理论转化率的81%。

由本实施例对比可知，本发明筒体上进气管的结果设置，使得筒体1内各处蒸汽较为平衡，进而均匀地破坏物料结构，防止在生产过程中产生生料和废料。

本发明是这样实现的：

蒸汽爆破装置开始之前，关闭收料仓3与筒体1之间的气动蝶阀4，打开料斗2与筒体1之间的气动球阀；再开启电机12，使得电机12带动进料螺杆11运动，同时，将经粉碎后的物料通过传送带（图中未画出）送入料斗2，再在进料螺杆11的作用下送入筒体1内。当筒体1内转入需爆破的物料后，停止向料斗2内输送物料，且于30秒后停止进料螺杆11同时关闭料斗2与筒体1之间的气动蝶阀4。

蒸汽控制系统启动，开启筒体1与收料仓3之间的气动蝶阀4，蒸汽从稳压罐内通过蒸汽电磁阀6A进入筒体1内。2分钟后，根据各电磁阀判断各个进气管5附近的温度，当筒体1上压力传感器15上显示蒸汽压力超过210°时，立即关闭进气管5上的蒸汽电磁阀6A。当蒸汽压力低于210°时，持续开启进气管5上的蒸汽电磁阀6A。使筒体1内各处压力都维持在210°，持续10分钟。当持续时间到达后，关闭进气管5、蒸汽管道7上的蒸汽电磁阀6A。开启筒体1与收料仓3之间的气动蝶阀4，此时，物料快速从筒体1的出料口喷射进入收料仓3内，即整个蒸汽爆破装置反应过程完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.蒸汽爆破装置，其特征在于：包括一筒体（1）、一料斗（2）、一收料仓（3）、两个气动蝶阀（4）、至少8根进气管（5）、至少8个温控单元（6）、一与蒸汽管道（7）连通的储气罐（8）、至少8根出气管（9），筒体（1）上端的进料口与料斗（2）的出料口连接，筒体（1）下端的出料口与收料仓（3）连接，且筒体（1）与料斗（2）之间、筒体（1）与收料仓（3）之间均设置有一气动蝶阀（4），用于控制物料在筒体（1）内的输入与输出；进气管（5）设为4根一组，使得每组进气管（5）沿筒体（1）高度方向均布，且每一组进气管（5）中的四根进气管位于筒体（1）的同一高度、并在横向上将筒体（1）均分，同时，每根进气管（5）一端设于筒体（1）内部，另一端延伸出筒体（1）并通过一金属软管（10）与出气管（9）连通，用于向筒体（1）内输入蒸汽；每个进气管（5）上设置有一温控单元（6），用于控制进气管（5）的启、闭；温控单元（6）包括一蒸汽电磁阀（6A）、一温度探头（6B）、一设置于电控设备箱内的温度表（6C），蒸汽电磁阀（6A）设置于进气管（5）上裸露于筒体（1）外部结构上，温度探头（6B）设置于筒体（1）上、并位于进气管（5）上端，且一端位于筒体（1）内部，另一端延伸至筒体（1）外部；温度表（6C）位于筒体（1）外部，且温度表（6C）的信号输入端与温度探头（6B）的信号输出端电连接，温度表（6C）的信号输出端与蒸汽电磁阀（6A）的信号输入端电连接，当温度探头（6B）将筒体（1）内检测的温度信号传递与其相连的温度表（6C），并通过温度表（6C）控制蒸汽电磁阀（6A），继而控制进气管（5）的启、闭；所述进气管（5）、温度探头（6B）均与筒体（1）外壁构成的夹角α为45°；所述筒体（1）为圆台形，且筒体（1）上部直径大于下部直径，所述筒体（1）内的上部设有一空心的圆锥分料器（1A）、至少三根支撑棒（1B），支撑棒（1B）一端固定于筒体（1）内壁，另一端位于圆锥分料器（1A）底端，用于将圆锥分料器（1A）固定于筒体（1）内；圆锥分料器（1A）的顶点朝向料斗（2）一侧，且圆锥分料器（1A）的竖向中心线与筒体（1）的竖向中心线重合；出气管（9）一端与储气罐（8）连通，另一端通过金属软管（10）与筒体（1）上的进气管（5）连通，使得蒸汽管道（7）运输的蒸汽先经过储气罐（8）后，再通过储气罐（8）运输至筒体（1）内，使得筒体（1）内各处蒸汽保持在同一个压力。

2.根据权利要求1所述蒸汽爆破装置，其特征在于：储气罐（8）上还设置有一温控单元（6），且蒸汽电磁阀（6A）设于蒸汽管道（7）上，温度探头（6B）设置于储气罐（8）上，温度表（6C）设于电控设备箱内，用于控制储气罐（8）内蒸汽的输入。

3.根据权利要求1至2任一所述蒸汽爆破装置，其特征在于：爆破装置还包括一进料螺杆（11）、一电机（12），电机（12）的输出轴与进料螺杆（11）一端连接，进料螺杆（11）另一端伸入料斗（2）内，通过电机（12）带动进料螺杆（11）转动，从而将料斗（2）内物料送入筒体（1）内。

4.根据权利要求1至2任一所述蒸汽爆破装置，其特征在于：进入料斗（2）内的物料是经粉碎至粒径为1~3mm的粉碎物料。

5.根据权利要求3所述蒸汽爆破装置，其特征在于：料斗（2）与筒体（1）之间设置有两个法兰（14），一法兰（14）位于料斗（2）底端，另一法兰（14）与筒体（1）上部进料口连接，且位于料斗（2）与筒体（1）之间的气动蝶阀（4）位于两个法兰（14）之间，用于控制筒体（1）进料；同理，筒体（1）与收料仓（3）之间设置有两个法兰（14），一法兰（14）位于筒体（1）底端面，另一法兰（14）与收料仓（3）上部的进料口连接，使得筒体（1）与收料仓（3）之间的气动蝶阀（4）位于两个法兰（14）之间，用于控制筒体（1）内物料的输出。

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