專利名稱：雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(jié)構(gòu)的爆破裝置，具體地說是一種雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的蒸汽爆破技術(shù)始于1擬6年，是由W. H. Mason發(fā)展起來的，故稱為Masonite法。該工藝最早主要使用于紙漿生產(chǎn)，采用高溫蒸汽對生物質(zhì)進行蒸煮，然后通過一個快開閥門將高溫蒸煮過的生物質(zhì)噴放到后續(xù)(常壓)接收裝置中。隨后，在此工藝基礎(chǔ)上，人們對蒸汽爆破制漿進行了大量的研究與改進，產(chǎn)生了 Make和Kokta法以及其他一些重要的爆破工藝，如Iotech和Siropulper。由于傳統(tǒng)的蒸汽爆破技術(shù)工藝在生物質(zhì)噴放的過程中，噴放時間隨蒸煮容器的體積和結(jié)構(gòu)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(tǒng)的蒸汽爆破方法不能稱之為爆破，而應(yīng)該稱之為蒸汽熱噴放技術(shù)。所謂熱噴放技術(shù)通常是指將經(jīng)高溫高壓蒸煮過的物料經(jīng)快放閥門釋放至常壓接收容器的過程。在這個過程中，由于物料是依次通過快放閥門，故釋放出物料的爆破壓力隨經(jīng)過閥門的先后依次降低，更重要的是被爆生物質(zhì)物料組織內(nèi)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(zhì)物料組織內(nèi)逐漸的釋放過程。研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)物料在壓力場作用下，蒸汽通過生物質(zhì)表面微孔完成滲透壓的過程很快，即內(nèi)外壓平衡時間很短，大部分生物質(zhì)物料比如玉米秸稈、水稻秸稈等均可在Is內(nèi)完成。如果壓力突降的速度等于或大于滲透壓速度(即汽爆時間大于或等于滲透壓時間)，滲入生物質(zhì)內(nèi)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(zhì)做膨脹功，則不能實現(xiàn)物理意義上的汽爆。這種蒸汽熱噴放技術(shù)，雖然生產(chǎn)效率相對比較高，但是對生物質(zhì)物料的組分有效分離和處理效果有限。目前，有一種結(jié)構(gòu)上采用了爆腔(缸)原理設(shè)計的蒸汽爆破設(shè)備，其爆速是按 0. 00875秒設(shè)計，這種設(shè)備可以對生物質(zhì)物料進行組分有效分離研究。但是，這種設(shè)備由于結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的限制，效率低、設(shè)備造價高，因此，限制了其在工業(yè)化生產(chǎn)中的運用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的爆破設(shè)備存在的效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高的問題，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作使用方便的雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是它包括爆破缸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(shè)置有連通貯汽缸2內(nèi)腔和爆破缸1內(nèi)腔的噴嘴3，在爆破缸1的上封頭上設(shè)置有進料口 4，在爆破缸1的下封頭上設(shè)置有快開閥門5，在爆破缸1 的內(nèi)部設(shè)置有帶有柵孔9的倒錐形漏斗6，倒錐形漏斗6將爆破缸1的內(nèi)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(shè)有進汽口和出料口。所述的噴嘴3設(shè)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(nèi)壁的傾角為15° 90°。所述的爆破缸1設(shè)置有內(nèi)缸10，所述的內(nèi)缸10的下端位于倒錐形漏斗6中，內(nèi)紅 10的缸壁上設(shè)有供壓力汽體進入的進氣孔11，所述內(nèi)缸10和爆破缸1之間設(shè)有供壓力汽體通過的間隙。本發(fā)明的有益效果
1.相對傳統(tǒng)的蒸汽爆破技術(shù)，可以實現(xiàn)真正物理概念上的“蒸汽爆破”，有效提高運用蒸汽爆破技術(shù)對生物質(zhì)的處理質(zhì)量；
2.相對爆腔(缸、籠)式的蒸汽爆破技術(shù)，解除了結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的限制，可以有效提高效
率；
3.結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備造價低；
4.可在生物質(zhì)能源、生物質(zhì)物料組分分離、造紙制漿、煙草處理、飼料加工等領(lǐng)域的工業(yè)化生產(chǎn)中廣泛運用；
5.本發(fā)明通過貯氣缸的作用可使爆破更為徹底，彌補了傳統(tǒng)爆破裝置的不足，同時有利于將爆破缸中的物料排空。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示。一種雙缸結(jié)構(gòu)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的直徑大于爆破缸1的直徑，高度則小于爆破缸1的高度，在爆破缸1的缸壁上設(shè)置有連通貯汽缸2內(nèi)腔和爆破缸1內(nèi)腔的噴嘴3，噴嘴3應(yīng)沿爆破缸1圓周布置，最好位于爆破缸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(nèi)壁的傾角為15° 90°，在爆破缸1 的上封頭上設(shè)置有進料口 4，在爆破缸1的下封頭上設(shè)置有快開閥門5，在爆破缸1的內(nèi)部設(shè)置有帶有柵孔9的倒錐形漏斗6，設(shè)置柵孔9的目的是便于蒸汽進入漏斗中，同時又能使物料雜質(zhì)及蒸汽冷凝水漏下進入雜物腔8中，如圖1所示，在倒錐形漏斗6的作用下，爆破缸1的內(nèi)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(shè)有進汽口和出料口，當(dāng)需要加壓時通過快開閥門5將壓力蒸汽送入爆破缸1中然后關(guān)閉進汽口，保壓結(jié)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(zhuǎn)化效果，具體實施時還可在爆破缸1設(shè)置內(nèi)缸10， 所述的內(nèi)缸10的下端位于倒錐形漏斗6中，內(nèi)缸10的缸壁上設(shè)有供壓力汽體進入的進氣孔11，所述內(nèi)缸10和爆破缸1之間設(shè)有供壓力汽體通過的間隙。
本發(fā)明的工作過程如下
蒸汽爆破裝置在處理生物質(zhì)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(nèi)，水蒸汽或壓縮空氣經(jīng)由快開閥門5上的蒸汽進口通入爆破缸1內(nèi)加壓。在對爆破缸1 內(nèi)加壓的同時也對貯汽缸2充汽和加壓，隨著爆破缸1內(nèi)壓力的增高，貯汽缸2內(nèi)的壓力也隨之增高。根據(jù)工程熱力學(xué)原理，當(dāng)爆破缸1內(nèi)壓力達到工作壓力時，爆破缸1內(nèi)壓力與貯汽缸2內(nèi)、管路壓力相等，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，這是貯汽缸2的充汽過程。當(dāng)達到設(shè)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(zhì)中半纖維素和木質(zhì)素部分降解；同時，復(fù)合胞間層的木質(zhì)素軟化并部分降解，降低了纖維的粘結(jié)強度，而產(chǎn)生纖維素鏈的類酸性降解、熱降解和物理斷裂。當(dāng)保壓結(jié)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(nèi)的高壓蒸汽和物料高速噴放到常壓狀態(tài)中，產(chǎn)生爆破反應(yīng)，完成生物質(zhì)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(nèi)氣體經(jīng)噴嘴3反噴入爆破缸內(nèi)，推動物料加速從噴放口噴出，并將蒸汽爆破缸中殘余的物料排出干凈。由此可見，在預(yù)定的工作壓力條件下，根據(jù)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(guī)計算或參照相關(guān)手冊加以實現(xiàn))，采用帶有貯汽缸的蒸汽爆破罐結(jié)構(gòu)，并選擇合理的貯汽缸容積、貯汽缸與爆破缸體內(nèi)部連通的噴嘴的相關(guān)參量，就可以使爆破缸內(nèi)的高壓蒸汽和物料以超音速的速度噴放到常壓狀態(tài)中，產(chǎn)生爆破反應(yīng)，提高蒸汽爆破處理的質(zhì)量。本發(fā)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(nèi)，將進料口用密封蓋密封好，然后通過快開閥門5上的進汽口通入蒸汽，蒸汽遇到倒錐形漏斗6受阻，只能再通過其上設(shè)置的柵孔9均勻的進入到爆破缸1內(nèi)，使其中壓實的物料均勻受熱。在對爆破缸1內(nèi)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(nèi)壓力的增高，貯汽缸2內(nèi)的壓力也隨之增高，當(dāng)爆破缸1內(nèi)壓力達到工作壓力時，爆破缸1內(nèi)壓力與貯汽缸2內(nèi)、管路壓力相等，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。保壓時間結(jié)束，由電腦控制的快開閥門5快速打開，此時，爆破缸1內(nèi)的高壓蒸汽和物料高速噴放到常壓狀態(tài)中，產(chǎn)生爆破反應(yīng)。 在爆破缸1噴放口快速打開的瞬間，貯氣缸2內(nèi)氣體經(jīng)噴嘴3反噴入爆破缸內(nèi)，推動物料加速從噴放口噴出，并將蒸汽爆破缸中殘余的物料排出干凈，完成生物質(zhì)蒸汽爆破處理。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是它包括爆破缸(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(shè)置有連通貯汽缸(2 )內(nèi)腔和爆破缸(1)內(nèi)腔的噴嘴(3)，在爆破缸(1)的上封頭上設(shè)置有進料口(4)，在爆破缸(1)的下封頭上設(shè)置有快開閥門(5)，在爆破缸(1)的內(nèi)部設(shè)置有帶有柵孔(9)的倒錐形漏斗(6)，倒錐形漏斗(6) 將爆破缸(1)的內(nèi)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(shè)有進汽口和出料口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是所述的噴嘴(3)設(shè)置在靠近爆破缸(1)上部位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是所述的噴嘴(3)直徑為 1 20mmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是所述的噴嘴(3)的噴射方向向下，它的軸心線與爆破缸內(nèi)壁的傾角為15° 90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是所述的爆破缸(1)設(shè)置有內(nèi)缸(10)，所述的內(nèi)缸(10)的下端位于倒錐形漏斗(6)中，內(nèi)缸(10)的缸壁上設(shè)有供壓力汽體進入的進氣孔(11)，所述內(nèi)缸(10)和爆破缸(1)之間設(shè)有供壓力汽體通過的間隙。
全文摘要
一種雙缸結(jié)構(gòu)的蒸汽爆破裝置，其特征是它包括爆破缸(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(shè)置有連通貯汽缸(2)內(nèi)腔和爆破缸(1)內(nèi)腔的噴嘴(3)，在爆破缸(1)的上封頭上設(shè)置有進料口(4)，在爆破缸(1)的下封頭上設(shè)置有快開閥門(5)，在爆破缸(1)的內(nèi)部設(shè)置有帶有柵孔(9)的倒錐形漏斗(6)，倒錐形漏斗(6)將爆破缸(1)的內(nèi)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(shè)有進汽口和出料口。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可以有效提高物料噴放速度，實現(xiàn)物理概念上的“蒸汽爆破”，有效提高運用蒸汽爆破技術(shù)對生物質(zhì)的處理質(zhì)量，同時提高生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者王巖, 高潔, 高翔 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)