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汽爆設備工作原理

汽爆設備工作原理

發(fā)布日期:2022-05-11 作者: 點(diǎn)擊:

傳統的汽爆工藝是1928年由W H Mason發(fā)展起來(lái)的。但從爆破的物理意義來(lái)衡量時(shí),這種方法不能稱(chēng)之為爆破,而應該稱(chēng)之為蒸汽熱噴放技術(shù)。所謂熱噴放技術(shù)通常是指將高溫高壓蒸煮過(guò)的物料經(jīng)快放閥釋放至常壓接收容器的過(guò)程。由于物料是依次通過(guò)快放閥門(mén),故釋放出物料的爆破壓力隨經(jīng)過(guò)閥門(mén)的先后依次降低,更重要的是被爆植物組織內部蒸汽的能量不能以爆的形式瞬間釋放,而是從植物組織內逐漸釋放。 [3] 

除了這種技術(shù)之外,還存在另外一種所謂的”蒸汽爆破“技術(shù)即膨化技術(shù)。這是食品工業(yè)上經(jīng)常采用的處理膨化食品的一種方法,即螺桿擠壓膨化食品加工技術(shù)。由于上述兩種技術(shù)均不符合”爆破“的物理定義,因此不屬”蒸汽爆破“范疇。 [3] 

1、汽爆設備的必備屬性

爆的物理概念為:能量在短時(shí)間突發(fā)性全部釋放完畢。在化學(xué)反應、核反應以及物理減壓過(guò)程,衡量其突發(fā)性的表征之一便是看其在能量釋放時(shí)是否伴有“炸響”聲即伴隨沖擊波產(chǎn)生,其反應過(guò)程在毫秒級時(shí)間內完成。比如鞭炮裝以少量火藥便可將本體炸碎,同時(shí)伴隨有清脆而響亮的鞭炮聲。煙花盡管裝藥量比鞭炮多,但由于火藥能量釋放是長(cháng)時(shí)間依次釋放形式,故不能將本體炸碎。

因此,無(wú)論是炸藥還是壓力容器所產(chǎn)生的爆破,只有具備了突發(fā)性炸響聲,可產(chǎn)生爆破沖擊波才屬于物理意義上的真正的爆破。與此不同,一些通過(guò)打開(kāi)快放閥門(mén),使容器內壓力迅速降低的減壓過(guò)程由于沒(méi)有產(chǎn)生毫秒級沖擊波,參與反應物料是依次按前后順序從高壓向低壓反應釋放平衡,故不會(huì )產(chǎn)生劇烈的炸響聲,減壓過(guò)程遠未達到毫秒級將全部容器內物料降為常壓,均不具備爆破及蒸汽爆碎的必備條件。這些做功過(guò)程由于時(shí)間較長(cháng),不產(chǎn)生瞬間大功率,也就無(wú)法達到爆破所預期的物理化學(xué)效果。

如果將快速打開(kāi)與容器相連閥門(mén)的過(guò)程,定義為蒸汽爆破或定義為蒸汽爆破的另一種形式,則將會(huì )引起大規模改寫(xiě)世界各國教科書(shū)中關(guān)于“爆”的公認物理學(xué)定義。因此,汽爆設備的必備屬性首先應滿(mǎn)足爆破(放氣)時(shí)間的最大限值。由于秸稈等草本類(lèi)物質(zhì)的蒸汽滲透時(shí)間一般小于1秒,因此,對于汽爆設備的放氣時(shí)間不能大于0.1秒,才能夠產(chǎn)生壓差,破壞纖維素的晶格結構,產(chǎn)生真正的汽爆作用。廣泛使用的彈射式汽爆設備的爆破時(shí)間為0.00875秒,已具備了這一必要條件。 [4] 

2、汽爆設備的工藝參數

汽爆工藝的主要參數——物料內因與設備外因

2.1 物料內因

物料內因大致可包括:物料種類(lèi)及組織成分、含水率、預浸泡、化學(xué)預處理、粉碎程度、流動(dòng)性等。物料種類(lèi)的選擇是課題選向的根本,其組織成分、生長(cháng)特點(diǎn)、收獲產(chǎn)量、適宜種植地區均應充分考慮。

含水率則是一項易被忽視的重要因素,因為它并不單純是計算干物質(zhì)的依據,還影響到生產(chǎn)實(shí)施中的生物質(zhì)收獲模式、運輸方式、貯存方式。此外,由于植物組織細胞內水分對汽爆結果有著(zhù)直接而重要的影響,含水率還會(huì )對汽爆設備工藝參數產(chǎn)生重要影響。預浸泡與化學(xué)預處理實(shí)質(zhì)是與汽爆手段復合在一起的其他預處理方式,也是最為常見(jiàn)的對比實(shí)驗內容。

粉碎程度與流動(dòng)性是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)因素,在大部分情況下對汽爆結果產(chǎn)生的影響較小。但在規模生產(chǎn)時(shí),這兩個(gè)因素會(huì )對汽爆設備實(shí)際產(chǎn)量、配套粉碎設備型式、粉碎功耗、物流輸送設備型式等工業(yè)設計參數產(chǎn)生關(guān)鍵影響。為了保持與工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境一致,在汽爆實(shí)驗時(shí)也應采用相同條件。

2.2 設備外因

設備外因包括:蒸汽壓力(溫度)、蒸汽成分、維壓時(shí)間、爆破(放氣)時(shí)間等。這些因素也是狹義上的汽爆工藝參數。其中蒸汽壓力與維壓時(shí)間可受使用者調控,是實(shí)驗中最常見(jiàn)的主要對比參數。

爆破(放氣)時(shí)間則是設備固有參數。由于這一參數是由汽爆設備自身結構型式確定的,往往會(huì )被忽視。依據汽爆原理,在同等的能量下為了取得最大的爆破功率,則需要爆破(放氣)時(shí)間趨近于零。因此在同等的蒸汽壓力與維壓時(shí)間下,不同的汽爆設備會(huì )因其自身不同的爆破(放氣)時(shí)間而產(chǎn)生不同的預處理效果。所以,在更為規范和完整的汽爆工藝參數表達形式中應加入對爆破(放氣)時(shí)間或蒸汽爆破設備型式的記錄和描述。

總之,上述參數的實(shí)驗目標指向則由物料轉化方向譬如纖維乙醇、麻類(lèi)脫膠、木糖制取、造紙等不同課題方向決定,并據此對不同參數組合的實(shí)驗結果做出評價(jià)。 [4] 

汽爆設備

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