專利名稱：數(shù)控連續(xù)汽爆機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行蒸汽爆碎預(yù)處理的生產(chǎn)設(shè)備，為生物質(zhì)利用行業(yè)的預(yù)處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
蒸汽爆碎(Steam Explosion)的技術(shù)本質(zhì)為將滲進(jìn)植物組織內(nèi)部的蒸汽分子短時(shí)間突發(fā)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(jī)是將容器內(nèi)的原料與高壓蒸汽在毫秒級(jí)的范圍內(nèi)，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(shì)能，更主要的是使蒸汽內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)了絕熱膨脹做功。由于其作用時(shí)間短，能量密度高且作用位置集中，使?jié)B透到纖維素與木質(zhì)素等大分子之間的水蒸汽分子產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞力，可充分的在大分子水平上將物料分解，為后期酶水解等生化處理創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。 目前的汽爆設(shè)備只能稱之為熱噴放裝置，其基本模式是在一個(gè)壓力容器底部裝置閥門，通過閥門的快速打開實(shí)現(xiàn)壓力突然釋放，產(chǎn)生熱噴放效果。這一模式存在的主要問題在于由于放氣截面相對(duì)于壓力容器容積小很多，并且高壓閥門開啟速度有限，高壓蒸汽的壓力釋放過程時(shí)間長，一般為3 10秒，難以達(dá)到毫秒級(jí)，無法實(shí)現(xiàn)蒸汽絕熱膨脹做功，降低了能量密度，使物料分解程度不高。并且當(dāng)容器容積加大時(shí)，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(chǎn)生不了真正的蒸汽爆碎現(xiàn)象。此外，還有一種通過螺桿連續(xù)擠出方式來模擬蒸汽爆碎過程的技術(shù)模式，其特點(diǎn)是固形物或稱物料干物質(zhì)本體受高應(yīng)力擠壓并產(chǎn)生高溫，在其出口擠壓應(yīng)力消失后，物料膨化。這種工藝過程不是以汽體滲入植物組織內(nèi)部的方式充注可爆發(fā)的壓縮汽體能，并使其在短時(shí)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(jié)果是以巨大的功耗來壓縮固體，卻未產(chǎn)生纖維素物質(zhì)預(yù)處理的預(yù)期效果，對(duì)于后期的酶水解幫助不大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種利用滑動(dòng)封蓋原理能在毫秒級(jí)(0.00875s)的時(shí)間內(nèi)完成超音速蒸汽爆碎過程的數(shù)控連續(xù)汽爆機(jī)。由于該汽爆機(jī)的放氣截面積即滑動(dòng)封蓋截面積等于高壓缸體截面積，而該截面積與汽爆處理容積成固定比例，這就克服了傳統(tǒng)熱噴放工藝隨處理容積加大而放氣時(shí)間延長的問題，不僅使汽爆功率密度提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)，而且使批量化處理的物料“生熟”程度一致，為工業(yè)化生化處理工藝一致性奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，該機(jī)具備全自動(dòng)進(jìn)出料功能，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化汽爆生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括高壓缸體、滑動(dòng)封蓋、自動(dòng)加料系統(tǒng)、回收倉、框架、上部料倉、物料接收倉、氣動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)。其中，滑動(dòng)封蓋套裝于高壓缸體中，可在其中上下滑動(dòng)，通過專用密封組件實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)密封。當(dāng)滑動(dòng)封蓋向一端運(yùn)行到位時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高壓缸體端口密封；當(dāng)滑動(dòng)封蓋向另一端運(yùn)行即可打開端口密封，使高壓缸體整個(gè)截面暴露于大氣中，從而完成從加料到爆出的循環(huán)動(dòng)作。自動(dòng)加料系統(tǒng)安裝于高壓缸體上口，整體高壓缸體裝置于回收倉上部，外接蒸汽通過管道通入到高壓缸體中。高壓缸體、滑動(dòng)封蓋、回收倉、上部料倉、物料接收倉、氣動(dòng)系統(tǒng)均安裝于框架內(nèi)部。數(shù)控系統(tǒng)獨(dú)立于機(jī)體之外，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。數(shù)控連續(xù)汽爆機(jī)的工作過程是這樣的在數(shù)控系統(tǒng)控制下，首先由自動(dòng)加料系統(tǒng)打開滑動(dòng)封蓋頂部的加料蓋并移向一偵牝再落下高壓缸體正上方的入料導(dǎo)筒，將框架上部料倉內(nèi)的物料卸入高壓缸體中；當(dāng)物料加滿后，再由自動(dòng)加料系統(tǒng)將入料導(dǎo)筒收起，移回加料蓋并扣入到滑動(dòng)封蓋頂部；此時(shí)即可打開蒸汽進(jìn)入閥門，使蒸汽進(jìn)入高壓缸體；當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓力滲透平衡時(shí)間后，關(guān)閉蒸汽進(jìn)入閥門，同時(shí)啟動(dòng)氣動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)封蓋在高壓缸體內(nèi)向下做直線運(yùn)動(dòng)，引發(fā)滑動(dòng)封蓋上下端受壓面積不等，產(chǎn)生壓力失穩(wěn)導(dǎo)致蒸汽彈射，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)封蓋向下急速運(yùn)動(dòng)，徹底打開高壓缸體截面，并使整體高壓缸體內(nèi)部的蒸汽混合物料產(chǎn)生突爆。由于滑動(dòng)封蓋尺寸與高壓缸體內(nèi)徑相當(dāng)，這一過程完全模擬了壓力容器突然斷為兩截的爆炸過程，即放氣截面積等于容器截面積，從結(jié)構(gòu)原理上確保了汽爆的突放性。同時(shí)，放氣截面的開啟過程是由蒸汽自身壓差引發(fā)的蒸汽彈射完成，也達(dá)到了毫秒級(jí)的速度。受高壓蒸汽爆發(fā)的巨大沖力驅(qū)動(dòng)，物料瞬間被高速彈射入回收倉，通過回收倉的聯(lián)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并由物料輸送設(shè)備連續(xù)不斷的送出到下道工序。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I、本發(fā)明的汽爆放氣截面等于容器截面，最大程度實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)突然性。相比熱噴放裝置中放氣時(shí)間受制于放氣閥門與容器大小比例，本發(fā)明的放氣時(shí)間與容器容積大小無關(guān)，在保證汽爆效果不變的前提下為大型汽爆設(shè)備打通了技術(shù)通道。2、本發(fā)明通過蒸汽壓力失穩(wěn)加速驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)封蓋，所產(chǎn)生的蒸汽彈射作用能量巨大，實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)封蓋，其驅(qū)動(dòng)力與容器截面成正比，使滑動(dòng)封蓋無論體量質(zhì)量大小都能快速完成汽爆打開。
3、由于在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成爆破，使水蒸汽進(jìn)行了絕熱膨脹做功，將蒸汽內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并作用于生物質(zhì)組織細(xì)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(shí)間由十幾分鐘縮短到幾十秒，也無需化學(xué)藥品添加，不僅節(jié)約了蒸汽能耗，而且提聞了設(shè)備的生廣能力。4、本發(fā)明由于全部物料爆出過程在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)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“前熟后生”問題，為后續(xù)處理提供了生化特性高度統(tǒng)一的預(yù)處理物料。滿足了工業(yè)化生產(chǎn)中工藝一致性要求。5、本發(fā)明的運(yùn)行全過程由電腦數(shù)控操作，出入料全自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。圖I為本發(fā)明一實(shí)施例的整機(jī)主視圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的去掉外殼后機(jī)芯軸測(cè)視圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的高壓缸體剖視圖。
參照附圖，本發(fā)明包括高壓缸體I、滑動(dòng)封蓋2、自動(dòng)加料系統(tǒng)3、回收倉4、框架5、上部料倉6、物料接收倉7、氣動(dòng)系統(tǒng)8、數(shù)控系統(tǒng)。在圖I及圖2實(shí)施例中自動(dòng)加料系統(tǒng)3安裝于高壓缸體I上口，整體高壓缸體I裝置于回收倉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(dòng)封蓋2、回收倉4、上部料倉6、物料接收倉7、氣動(dòng)系統(tǒng)8均安裝于框架5內(nèi)部。數(shù)控系統(tǒng)獨(dú)立于機(jī)體之外，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在圖3中滑動(dòng)封蓋2套裝于高壓缸體I中，可在其中上下滑動(dòng)，通過專用密封組件實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)密封。當(dāng)滑動(dòng)封蓋2向一端運(yùn)行到位時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高壓缸體I端口密封；當(dāng)滑動(dòng)封蓋2向另一端運(yùn)行即可打開端口密封，使高壓缸體I整個(gè)截面暴露于大氣中，并完成從加料到爆出的循環(huán)動(dòng)作。本發(fā)明的工作過程是這樣的在數(shù)控系統(tǒng)控制下，首先由自動(dòng)加料系統(tǒng)3打開滑動(dòng)封蓋2頂部的加料蓋并移向一側(cè)，再落下高壓缸體I正上方的入料導(dǎo)筒，將框架上部料倉6內(nèi)的物料卸入高壓缸體I中；當(dāng)物料加滿后，再由自動(dòng)加料系統(tǒng)3將入料導(dǎo)筒收起，移回加料蓋并扣入到滑動(dòng)封蓋2頂部；此時(shí)即可打開蒸汽進(jìn)入閥門，使蒸汽進(jìn)入高壓缸體；當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓力滲透平衡時(shí)間后，關(guān)閉蒸汽進(jìn)入閥門，同時(shí)啟動(dòng)氣動(dòng)系統(tǒng)8，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)封蓋2·蒸汽彈射，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)封蓋2向下急速運(yùn)動(dòng)，徹底打開高壓缸體截面，并使整體高壓缸體內(nèi)部的蒸汽混合物料產(chǎn)生突爆。由于滑動(dòng)封蓋2尺寸與高壓缸體I內(nèi)徑相當(dāng)，這一過程完全模擬了壓力容器突然斷為兩截的爆炸過程，即放氣截面積等于容器截面積，從結(jié)構(gòu)原理上確保了汽爆的突放性。同時(shí)，放氣截面的開啟過程是由蒸汽自身壓差引發(fā)的蒸汽彈射完成，也達(dá)到了毫秒級(jí)的速度。受高壓蒸汽爆發(fā)的巨大沖力驅(qū)動(dòng)，物料瞬間被高速彈射入回收倉4，通過回收倉4的聯(lián)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并由物料輸送設(shè)備連續(xù)不斷的送出到下道工序。
具體實(shí)施例方式LB-6型數(shù)控連續(xù)汽爆機(jī)為上述發(fā)明的具體實(shí)施。該型汽爆機(jī)每只高壓缸體容積300升，工作壓力2. 5Mpa，每缸每小時(shí)平均可處理I噸秸桿或3噸糧食，屬中型汽爆機(jī)，一般設(shè)計(jì)為多缸并列運(yùn)行。為生物化工、釀酒、造紙等行業(yè)生產(chǎn)提供了工業(yè)化連續(xù)汽爆預(yù)處理裝備。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控連續(xù)汽爆機(jī)，包括高壓缸體、滑動(dòng)封蓋、自動(dòng)加料系統(tǒng)、回收倉、框架、上部料倉、物料接收倉、氣動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)。其中，自動(dòng)加料系統(tǒng)安裝于高壓缸體上口，整體高壓缸體裝置于回收倉上部，外接蒸汽通過管道通入到高壓缸體中。高壓缸體、滑動(dòng)封蓋、回收倉、上部料倉、物料接收倉、氣動(dòng)系統(tǒng)均安裝于框架內(nèi)部。數(shù)控系統(tǒng)獨(dú)立于機(jī)體之外，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其特征是滑動(dòng)封蓋套裝于高壓缸體中，滑動(dòng)封蓋可在高壓缸體中上下滑動(dòng)，通過專用密封組件實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)密封；當(dāng)滑動(dòng)封蓋在高壓缸體內(nèi)向一端運(yùn)行到位時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高壓缸體端口密封；當(dāng)滑動(dòng)封蓋向另一端運(yùn)行即可打開端口密封，使高壓缸體整個(gè)截面暴露于大氣中，從而完成從加料到爆出的循環(huán)動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行蒸汽爆碎預(yù)處理的生產(chǎn)設(shè)備，為生物質(zhì)利用行業(yè)的預(yù)處理設(shè)備。本發(fā)明提供的一種利用滑動(dòng)封蓋原理能在毫秒級(jí)(0.00875s)的時(shí)間內(nèi)完成超音速蒸汽爆碎過程的數(shù)控連續(xù)汽爆機(jī)。由于該汽爆機(jī)的放氣截面積即滑動(dòng)封蓋截面積等于高壓缸體截面積，而該截面積與汽爆處理容積成固定比例，這就克服了傳統(tǒng)熱噴放工藝隨處理容積加大而放氣時(shí)間延長的問題，不僅使汽爆功率密度提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)，而且使批量化處理的物料“生熟”程度一致，為工業(yè)化生化處理工藝一致性奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，該機(jī)具備全自動(dòng)進(jìn)出料功能，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化汽爆生產(chǎn)。
文檔編號(hào)D21C7/00GK102797188SQ201110147528
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者于政道 申請(qǐng)人:于政道