數控連續汽爆機的製作方法
2023-07-27 20:17:41 3
專利名稱：數控連續汽爆機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對生物質進行蒸汽爆碎預處理的生產設備，為生物質利用行業的預處理設備。
背景技術：
蒸汽爆碎(Steam Explosion)的技術本質為將滲進植物組織內部的蒸汽分子短時間突發性釋放完畢，目的是用較少的能量將原料按目的分解。汽爆機是將容器內的原料與高壓蒸汽在毫秒級的範圍內，以炸散的形式懸在大氣空間。這一過程不僅利用了蒸汽的高壓勢能，更主要的是使蒸汽內能轉化為機械能，實現了絕熱膨脹做功。由於其作用時間短，能量密度高且作用位置集中，使滲透到纖維素與木質素等大分子之間的水蒸汽分子產生強大的破壞力，可充分的在大分子水平上將物料分解，為後期酶水解等生化處理創造基礎條件。 目前的汽爆設備只能稱之為熱噴放裝置，其基本模式是在一個壓力容器底部裝置閥門，通過閥門的快速打開實現壓力突然釋放，產生熱噴放效果。這一模式存在的主要問題在於由於放氣截面相對於壓力容器容積小很多，並且高壓閥門開啟速度有限，高壓蒸汽的壓力釋放過程時間長，一般為3 10秒，難以達到毫秒級，無法實現蒸汽絕熱膨脹做功，降低了能量密度，使物料分解程度不高。並且當容器容積加大時，閥門無法等比例放大，更拉大了放氣截面與容器容積的差距，使壓力釋放過程愈加延長。因此這種熱噴放模式產生不了真正的蒸汽爆碎現象。此外，還有一種通過螺杆連續擠出方式來模擬蒸汽爆碎過程的技術模式，其特點是固形物或稱物料乾物質本體受高應力擠壓並產生高溫，在其出口擠壓應力消失後，物料膨化。這種工藝過程不是以汽體滲入植物組織內部的方式充注可爆發的壓縮汽體能，並使其在短時間爆炸釋放，因此不具備「爆」的條件，也無爆的聲音，無法從分子水平上打破原有纖維素大分子晶格。其結果是以巨大的功耗來壓縮固體，卻未產生纖維素物質預處理的預期效果，對於後期的酶水解幫助不大。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術之不足，提供一種利用滑動封蓋原理能在毫秒級(0.00875s)的時間內完成超音速蒸汽爆碎過程的數控連續汽爆機。由於該汽爆機的放氣截面積即滑動封蓋截面積等於高壓缸體截面積，而該截面積與汽爆處理容積成固定比例，這就克服了傳統熱噴放工藝隨處理容積加大而放氣時間延長的問題，不僅使汽爆功率密度提高了三個數量級，而且使批量化處理的物料「生熟」程度一致，為工業化生化處理工藝一致性奠定了基礎。同時，該機具備全自動進出料功能，實現了連續化汽爆生產。本發明的目的是通過以下方式實現的本發明包括高壓缸體、滑動封蓋、自動加料系統、回收倉、框架、上部料倉、物料接收倉、氣動系統、數控系統。其中，滑動封蓋套裝於高壓缸體中，可在其中上下滑動，通過專用密封組件實現滑動密封。當滑動封蓋向一端運行到位時，可實現高壓缸體埠密封；當滑動封蓋向另一端運行即可打開埠密封，使高壓缸體整個截面暴露於大氣中，從而完成從加料到爆出的循環動作。自動加料系統安裝於高壓缸體上口，整體高壓缸體裝置於回收倉上部，外接蒸汽通過管道通入到高壓缸體中。高壓缸體、滑動封蓋、回收倉、上部料倉、物料接收倉、氣動系統均安裝於框架內部。數控系統獨立於機體之外，可進行遠程控制。數控連續汽爆機的工作過程是這樣的在數控系統控制下，首先由自動加料系統打開滑動封蓋頂部的加料蓋並移向一偵牝再落下高壓缸體正上方的入料導筒，將框架上部料倉內的物料卸入高壓缸體中；當物料加滿後，再由自動加料系統將入料導筒收起，移回加料蓋並扣入到滑動封蓋頂部；此時即可打開蒸汽進入閥門，使蒸汽進入高壓缸體；當達到預定的壓力滲透平衡時間後，關閉蒸汽進入閥門，同時啟動氣動系統，驅動滑動封蓋在高壓缸體內向下做直線運動，引發滑動封蓋上下端受壓面積不等，產生壓力失穩導致蒸汽彈射，驅動滑動封蓋向下急速運動，徹底打開高壓缸體截面，並使整體高壓缸體內部的蒸汽混合物料產生突爆。由於滑動封蓋尺寸與高壓缸體內徑相當，這一過程完全模擬了壓力容器突然斷為兩截的爆炸過程，即放氣截面積等於容器截面積，從結構原理上確保了汽爆的突放性。同時，放氣截面的開啟過程是由蒸汽自身壓差引發的蒸汽彈射完成，也達到了毫秒級的速度。受高壓蒸汽爆發的巨大衝力驅動，物料瞬間被高速彈射入回收倉，通過回收倉的聯體氣旋分離器的作用，將氣浪分離，由排氣口向上排出，爆出物料則向下落入物料接收倉並由物料輸送設備連續不斷的送出到下道工序。本發明的優點是I、本發明的汽爆放氣截面等於容器截面，最大程度實現了爆發突然性。相比熱噴放裝置中放氣時間受制於放氣閥門與容器大小比例，本發明的放氣時間與容器容積大小無關，在保證汽爆效果不變的前提下為大型汽爆設備打通了技術通道。2、本發明通過蒸汽壓力失穩加速驅動滑動封蓋，所產生的蒸汽彈射作用能量巨大，實現高速驅動滑動封蓋，其驅動力與容器截面成正比，使滑動封蓋無論體量質量大小都能快速完成汽爆打開。
3、由於在毫秒級的時間內完成爆破，使水蒸汽進行了絕熱膨脹做功，將蒸汽內能轉化為機械能並作用於生物質組織細胞層間，提高了爆破能量密度，使物料得到充分分解，使得蒸汽保壓時間由十幾分鐘縮短到幾十秒，也無需化學藥品添加，不僅節約了蒸汽能耗，而且提聞了設備的生廣能力。4、本發明由於全部物料爆出過程在毫秒級的時間內完成，避免了熱噴放裝置中第一秒與第十秒噴出物料的生熟程度不同的問題，即「前熟後生」問題，為後續處理提供了生化特性高度統一的預處理物料。滿足了工業化生產中工藝一致性要求。5、本發明的運行全過程由電腦數控操作，出入料全自動化，實現了連續生產。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。圖I為本發明一實施例的整機主視圖。圖2為本發明一實施例的去掉外殼後機芯軸測視圖。圖3為本發明一實施例的高壓缸體剖視圖。
參照附圖，本發明包括高壓缸體I、滑動封蓋2、自動加料系統3、回收倉4、框架5、上部料倉6、物料接收倉7、氣動系統8、數控系統。在圖I及圖2實施例中自動加料系統3安裝於高壓缸體I上口，整體高壓缸體I裝置於回收倉4上部，蒸汽通過管道通入到高壓缸體I中。高壓缸體I、滑動封蓋2、回收倉4、上部料倉6、物料接收倉7、氣動系統8均安裝於框架5內部。數控系統獨立於機體之外，可進行遠程控制。在圖3中滑動封蓋2套裝於高壓缸體I中，可在其中上下滑動，通過專用密封組件實現滑動密封。當滑動封蓋2向一端運行到位時，可實現高壓缸體I埠密封；當滑動封蓋2向另一端運行即可打開埠密封，使高壓缸體I整個截面暴露於大氣中，並完成從加料到爆出的循環動作。本發明的工作過程是這樣的在數控系統控制下，首先由自動加料系統3打開滑動封蓋2頂部的加料蓋並移向一側，再落下高壓缸體I正上方的入料導筒，將框架上部料倉6內的物料卸入高壓缸體I中；當物料加滿後，再由自動加料系統3將入料導筒收起，移回加料蓋並扣入到滑動封蓋2頂部；此時即可打開蒸汽進入閥門，使蒸汽進入高壓缸體；當達到預定的壓力滲透平衡時間後，關閉蒸汽進入閥門，同時啟動氣動系統8，驅動滑動封蓋2·蒸汽彈射，驅動滑動封蓋2向下急速運動，徹底打開高壓缸體截面，並使整體高壓缸體內部的蒸汽混合物料產生突爆。由於滑動封蓋2尺寸與高壓缸體I內徑相當，這一過程完全模擬了壓力容器突然斷為兩截的爆炸過程，即放氣截面積等於容器截面積，從結構原理上確保了汽爆的突放性。同時，放氣截面的開啟過程是由蒸汽自身壓差引發的蒸汽彈射完成，也達到了毫秒級的速度。受高壓蒸汽爆發的巨大衝力驅動，物料瞬間被高速彈射入回收倉4，通過回收倉4的聯體氣旋分離器的作用，將氣浪分離，由排氣口向上排出，爆出物料則向下落入物料接收倉7並由物料輸送設備連續不斷的送出到下道工序。
具體實施例方式LB-6型數控連續汽爆機為上述發明的具體實施。該型汽爆機每隻高壓缸體容積300升，工作壓力2. 5Mpa，每缸每小時平均可處理I噸秸杆或3噸糧食，屬中型汽爆機，一般設計為多缸並列運行。為生物化工、釀酒、造紙等行業生產提供了工業化連續汽爆預處理裝備。
權利要求
1.一種數控連續汽爆機，包括高壓缸體、滑動封蓋、自動加料系統、回收倉、框架、上部料倉、物料接收倉、氣動系統、數控系統。其中，自動加料系統安裝於高壓缸體上口，整體高壓缸體裝置於回收倉上部，外接蒸汽通過管道通入到高壓缸體中。高壓缸體、滑動封蓋、回收倉、上部料倉、物料接收倉、氣動系統均安裝於框架內部。數控系統獨立於機體之外，可進行遠程控制。其特徵是滑動封蓋套裝於高壓缸體中，滑動封蓋可在高壓缸體中上下滑動，通過專用密封組件實現滑動密封；當滑動封蓋在高壓缸體內向一端運行到位時，可實現高壓缸體埠密封；當滑動封蓋向另一端運行即可打開埠密封，使高壓缸體整個截面暴露於大氣中，從而完成從加料到爆出的循環動作。
全文摘要
本發明涉及一種對生物質進行蒸汽爆碎預處理的生產設備，為生物質利用行業的預處理設備。本發明提供的一種利用滑動封蓋原理能在毫秒級(0.00875s)的時間內完成超音速蒸汽爆碎過程的數控連續汽爆機。由於該汽爆機的放氣截面積即滑動封蓋截面積等於高壓缸體截面積，而該截面積與汽爆處理容積成固定比例，這就克服了傳統熱噴放工藝隨處理容積加大而放氣時間延長的問題，不僅使汽爆功率密度提高了三個數量級，而且使批量化處理的物料「生熟」程度一致，為工業化生化處理工藝一致性奠定了基礎。同時，該機具備全自動進出料功能，實現了連續化汽爆生產。
文檔編號D21C7/00GK102797188SQ201110147528
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者於政道 申請人:於政道