雙缸結構的蒸汽爆破裝置的製作方法

2023-06-24 06:20:41

專利名稱：雙缸結構的蒸汽爆破裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種植物根莖處理裝置，尤其是一種利用爆破原理破壞植物根莖纖維結構的爆破裝置，具體地說是一種雙缸結構的蒸汽爆破裝置。
背景技術：
眾所周知，傳統的蒸汽爆破技術始於1擬6年，是由W. H. Mason發展起來的，故稱為Masonite法。該工藝最早主要使用於紙漿生產，採用高溫蒸汽對生物質進行蒸煮，然後通過一個快開閥門將高溫蒸煮過的生物質噴放到後續(常壓)接收裝置中。隨後，在此工藝基礎上，人們對蒸汽爆破製漿進行了大量的研究與改進，產生了 Make和Kokta法以及其他一些重要的爆破工藝，如Iotech和Siropulper。由於傳統的蒸汽爆破技術工藝在生物質噴放的過程中，噴放時間隨蒸煮容器的體積和結構形狀(如圓柱形容器的長徑比)而改變，一般在幾秒鐘到十幾分鐘。如果從爆破的物理概念來衡量時，這種傳統的蒸汽爆破方法不能稱之為爆破，而應該稱之為蒸汽熱噴放技術。所謂熱噴放技術通常是指將經高溫高壓蒸煮過的物料經快放閥門釋放至常壓接收容器的過程。在這個過程中，由於物料是依次通過快放閥門，故釋放出物料的爆破壓力隨經過閥門的先後依次降低，更重要的是被爆生物質物料組織內部蒸汽的能量不能以爆的形式瞬間釋放，而是一個從生物質物料組織內逐漸的釋放過程。研究發現，生物質物料在壓力場作用下，蒸汽通過生物質表面微孔完成滲透壓的過程很快，即內外壓平衡時間很短，大部分生物質物料比如玉米秸稈、水稻秸稈等均可在Is內完成。如果壓力突降的速度等於或大於滲透壓速度(即汽爆時間大於或等於滲透壓時間)，滲入生物質內的蒸汽就有足夠的時間通過微孔慢慢釋放出來，大部分的蒸汽沒有對生物質做膨脹功，則不能實現物理意義上的汽爆。這種蒸汽熱噴放技術，雖然生產效率相對比較高，但是對生物質物料的組分有效分離和處理效果有限。目前，有一種結構上採用了爆腔(缸)原理設計的蒸汽爆破設備，其爆速是按 0. 00875秒設計，這種設備可以對生物質物料進行組分有效分離研究。但是，這種設備由於結構和技術上的限制，效率低、設備造價高，因此，限制了其在工業化生產中的運用。

發明內容
本發明的目的是針對現有的爆破設備存在的效率低，結構複雜、造價高的問題，設計一種結構簡單，成本低，操作使用方便的雙缸結構的蒸汽爆破裝置。本發明的技術方案是
一種雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是它包括爆破缸1和貯汽缸2，貯汽缸2套裝在爆破缸1上，在爆破缸1的缸壁上設置有連通貯汽缸2內腔和爆破缸1內腔的噴嘴3，在爆破缸1的上封頭上設置有進料口 4，在爆破缸1的下封頭上設置有快開閥門5，在爆破缸1 的內部設置有帶有柵孔9的倒錐形漏鬥6，倒錐形漏鬥6將爆破缸1的內腔分割成物料腔7和雜物腔8兩個腔，物料腔7和雜物腔8通過所述的柵孔9連通，快開閥門5分別設有進汽口和出料口。所述的噴嘴3設置在靠近爆破缸1上部位置處。所述的噴嘴3直徑為1 20mm。所述的噴嘴3的噴射方向向下，它的軸心線與爆破缸內壁的傾角為15° 90°。所述的爆破缸1設置有內缸10，所述的內缸10的下端位於倒錐形漏鬥6中，內紅 10的缸壁上設有供壓力汽體進入的進氣孔11，所述內缸10和爆破缸1之間設有供壓力汽體通過的間隙。本發明的有益效果
1.相對傳統的蒸汽爆破技術，可以實現真正物理概念上的「蒸汽爆破」，有效提高運用蒸汽爆破技術對生物質的處理質量；
2.相對爆腔(缸、籠)式的蒸汽爆破技術，解除了結構和技術上的限制，可以有效提高效
率；
3.結構簡單、設備造價低；
4.可在生物質能源、生物質物料組分分離、造紙製漿、菸草處理、飼料加工等領域的工業化生產中廣泛運用；
5.本發明通過貯氣缸的作用可使爆破更為徹底，彌補了傳統爆破裝置的不足，同時有利於將爆破缸中的物料排空。


圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示。一種雙缸結構的蒸汽爆破裝置，它包括爆破缸1和貯汽缸2，貯汽缸2通過焊接套裝在爆破缸1上，貯汽缸2的直徑大於爆破缸1的直徑，高度則小於爆破缸1的高度，在爆破缸1的缸壁上設置有連通貯汽缸2內腔和爆破缸1內腔的噴嘴3，噴嘴3應沿爆破缸1圓周布置，最好位於爆破缸1的上部位置處，噴嘴3的直徑以1 20mm為宜且最好呈斜孔狀， 即噴嘴3的噴射方向向下，它的軸心線與爆破缸1內壁的傾角為15° 90°，在爆破缸1 的上封頭上設置有進料口 4，在爆破缸1的下封頭上設置有快開閥門5，在爆破缸1的內部設置有帶有柵孔9的倒錐形漏鬥6，設置柵孔9的目的是便於蒸汽進入漏鬥中，同時又能使物料雜質及蒸汽冷凝水漏下進入雜物腔8中，如圖1所示，在倒錐形漏鬥6的作用下，爆破缸1的內腔被分割成物料腔7和雜物腔8兩個腔，物料腔7和雜物腔8通過所述的柵孔9 連通，快開閥門5分別設有進汽口和出料口，當需要加壓時通過快開閥門5將壓力蒸汽送入爆破缸1中然後關閉進汽口，保壓結束爆破時又通過快開閥門5將出料口迅速打開，快開閥門5可通過計算機進行控制。為了提高轉化效果，具體實施時還可在爆破缸1設置內缸10， 所述的內缸10的下端位於倒錐形漏鬥6中，內缸10的缸壁上設有供壓力汽體進入的進氣孔11，所述內缸10和爆破缸1之間設有供壓力汽體通過的間隙。
本發明的工作過程如下
蒸汽爆破裝置在處理生物質物料時，通過人工或機械將物料由進料口 4加入爆破缸1 內，水蒸汽或壓縮空氣經由快開閥門5上的蒸汽進口通入爆破缸1內加壓。在對爆破缸1 內加壓的同時也對貯汽缸2充汽和加壓，隨著爆破缸1內壓力的增高，貯汽缸2內的壓力也隨之增高。根據工程熱力學原理，當爆破缸1內壓力達到工作壓力時，爆破缸1內壓力與貯汽缸2內、管路壓力相等，系統處於平衡狀態，這是貯汽缸2的充汽過程。當達到設定的工作壓力進行保壓時，這就是蒸汽爆破過程的第一階段——汽相浸滲(蒸煮)階段。在汽相浸滲階段，生物質中半纖維素和木質素部分降解；同時，複合胞間層的木質素軟化並部分降解，降低了纖維的粘結強度，而產生纖維素鏈的類酸性降解、熱降解和物理斷裂。當保壓結束爆破罐噴放口(快開閥門5)快速打開時，進入蒸汽爆破過程的第二階段——爆破階段。在爆破階段，爆破缸噴放口快速打開，此時，爆破缸內的高壓蒸汽和物料高速噴放到常壓狀態中，產生爆破反應，完成生物質爆破處理。而貯汽缸的排汽則是從爆破缸1噴放口快速打開的瞬間開始，貯氣缸2內氣體經噴嘴3反噴入爆破缸內，推動物料加速從噴放口噴出，並將蒸汽爆破缸中殘餘的物料排出乾淨。由此可見，在預定的工作壓力條件下，根據爆破缸的容量，在確定了合適的爆破缸噴放口快速打開方式和噴放口斷面積的情況下(可通過常規計算或參照相關手冊加以實現)，採用帶有貯汽缸的蒸汽爆破罐結構，並選擇合理的貯汽缸容積、貯汽缸與爆破缸體內部連通的噴嘴的相關參量，就可以使爆破缸內的高壓蒸汽和物料以超音速的速度噴放到常壓狀態中，產生爆破反應，提高蒸汽爆破處理的質量。本發明的具體操作與常用的爆破壓力罐一樣，首先將物料從進料口 4加入到爆破缸1內，將進料口用密封蓋密封好，然後通過快開閥門5上的進汽口通入蒸汽，蒸汽遇到倒錐形漏鬥6受阻，只能再通過其上設置的柵孔9均勻的進入到爆破缸1內，使其中壓實的物料均勻受熱。在對爆破缸1內通入蒸汽和加壓的同時也對貯汽缸2充汽和加壓，隨著罐內壓力的增高，貯汽缸2內的壓力也隨之增高，當爆破缸1內壓力達到工作壓力時，爆破缸1內壓力與貯汽缸2內、管路壓力相等，系統處於平衡狀態。保壓時間結束，由電腦控制的快開閥門5快速打開，此時，爆破缸1內的高壓蒸汽和物料高速噴放到常壓狀態中，產生爆破反應。 在爆破缸1噴放口快速打開的瞬間，貯氣缸2內氣體經噴嘴3反噴入爆破缸內，推動物料加速從噴放口噴出，並將蒸汽爆破缸中殘餘的物料排出乾淨，完成生物質蒸汽爆破處理。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是它包括爆破缸(1)和貯汽缸(2)，貯汽缸 (2 )套裝在爆破缸(1)，在爆破缸(1)的缸壁上設置有連通貯汽缸(2 )內腔和爆破缸(1)內腔的噴嘴(3)，在爆破缸(1)的上封頭上設置有進料口(4)，在爆破缸(1)的下封頭上設置有快開閥門(5)，在爆破缸(1)的內部設置有帶有柵孔(9)的倒錐形漏鬥(6)，倒錐形漏鬥(6) 將爆破缸(1)的內腔分割成物料腔(7 )和雜物腔(8 )兩個腔，物料腔(7 )和雜物腔(8 )通過所述的柵孔(9 )連通，快開閥門(5 )分別設有進汽口和出料口。
2.根據權利要求1所述的雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是所述的噴嘴(3)設置在靠近爆破缸(1)上部位置處。
3.根據權利要求1所述的雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是所述的噴嘴(3)直徑為 1 20mmo
4.根據權利要求1所述的雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是所述的噴嘴(3)的噴射方向向下，它的軸心線與爆破缸內壁的傾角為15° 90°。
5.根據權利要求1所述的雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是所述的爆破缸(1)設置有內缸(10)，所述的內缸(10)的下端位於倒錐形漏鬥(6)中，內缸(10)的缸壁上設有供壓力汽體進入的進氣孔(11)，所述內缸(10)和爆破缸(1)之間設有供壓力汽體通過的間隙。
全文摘要
一種雙缸結構的蒸汽爆破裝置，其特徵是它包括爆破缸(1)和貯汽缸(2)，貯汽缸(2)套裝在爆破缸(1)，在爆破缸(1)的缸壁上設置有連通貯汽缸(2)內腔和爆破缸(1)內腔的噴嘴(3)，在爆破缸(1)的上封頭上設置有進料口(4)，在爆破缸(1)的下封頭上設置有快開閥門(5)，在爆破缸(1)的內部設置有帶有柵孔(9)的倒錐形漏鬥(6)，倒錐形漏鬥(6)將爆破缸(1)的內腔分割成物料腔(7)和雜物腔(8)兩個腔，物料腔(7)和雜物腔(8)通過所述的柵孔(9)連通，快開閥門(5)分別設有進汽口和出料口。本發明結構簡單，可以有效提高物料噴放速度，實現物理概念上的「蒸汽爆破」，有效提高運用蒸汽爆破技術對生物質的處理質量，同時提高生產效率。
文檔編號D21B1/36GK102261005SQ20111013460
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者王巖, 高潔, 高翔 申請人:南京農業大學