秸秆螺旋挤压机的脱水试验研究

【摘要】：随着化石能源的日趋枯竭和生态环境的逐步恶化,开发和利用生物质能已成为必然趋势。我国农作物秸杆储量丰富且廉价易得,是一种非常理想的生物质资源,但目前采用秸秆类生物质制备纤维乙醇等产品的技术仍存在着诸多难题亟需解决,尤其是秸秆预处理。我国的原料在收购、倒运过程中常混入砂、土、铁器等杂物。为防止对后续设备的磨损,同时提高纤维素的转化率,国内外常采用湿法备料,并在蒸汽爆破预处理前增加物料的脱水过程。螺旋挤压机作为一种连续的秸秆脱水预处理设备,国内关于结构参数、物料参数及操作参数的试验研究仍鲜少报道,因此有必要对其进行深入的研究和探讨。本课题以预浸秸秆为试验原料,自行设计加工了活塞式脱水装置和螺旋挤压机,分别研究了设备压缩比,料塞管型式及长度,物料初始含水量、预浸时间,螺旋转速和挤压次数等对物料挤压脱水过程的影响,另外选定了料塞管长度、物料初始含水量和螺旋转速三个主要因素进行了响应面优化试验研究,为螺旋挤压脱水机的推广和使用提供参考。首先,提出了一种不需要更换的新型防滑装置,即在料筒上设置防滑螺钉并采用配套螺母进行定位,只需根据工作时间和设备处理效果将螺钉旋入料筒内壁少许,即可增加料筒内壁的摩擦力。其次,通过活塞式挤压脱水试验,得出增大设备压缩比可在一定程度上降低物料的出口含水量,增大设备除水率和物料密度,另外压缩比的增大意味着设备更高的功耗。然后,通过螺旋挤压机的脱水试验,得出改变料塞管型式、料塞管长度、物料初始含水量、螺旋转速、挤压次数等,均可改变设备的除水率、处理量及度电产量,同时获得不同的物料形态;因此,须合理选择设备的结构参数,同时配合合适的物料参数和操作参数,以获得最大的设备效率。最后,通过响应面优化试验得出,现有设备在料塞管长度为27mm、物料初始含水量为85%、螺旋转速为50.8r·min-1时,设备综合效率最佳,且验证试验结果与预测结果之间的误差为1.63%,模型可用于试验设计及预测。 【关键词】：秸秆 预处理 螺旋挤压机 响应面
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ914.3;TQ050.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 符号说明11-13
• 1 绪论13-24
• 1.1 引言13
• 1.2 生物质秸秆13-18
• 1.2.1 生物质秸秆概述13-14
• 1.2.2 秸秆的理化性质14-15
• 1.2.3 秸秆预处理15-18
• 1.3 螺旋挤压机研究现状18-21
• 1.4 存在的问题21-22
• 1.5 本文研究的主要内容22
• 1.6 课题创新点22-24
• 2 脱水预处理设备及工作原理24-38
• 2.1 引言24-25
• 2.2 挤压脱水系统25-34
• 2.2.1 螺旋轴25-28
• 2.2.2 压缩比28-30
• 2.2.3 料筒30-33
• 2.2.4 密封装置33-34
• 2.3 传动系统34
• 2.4 工作原理34-35
• 2.5 设备调试35
• 2.6 设备特点35-36
• 2.7 本章小结36-38
• 3 预浸秸秆的压缩性38-45
• 3.1 引言38
• 3.2 试验原料及仪器设备38-40
• 3.2.1 试验原料38
• 3.2.2 原料的配制38-39
• 3.2.3 仪器设备39-40
• 3.3 试验操作步骤40-41
• 3.4 试验参数指标41
• 3.5 结果与讨论41-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 螺旋挤压机的脱水试验研究45-71
• 4.1 引言45
• 4.2 试验原料及仪器设备45-47
• 4.2.1 试验原料45
• 4.2.2 原料的配制45
• 4.2.3 试验仪器设备45-47
• 4.3 试验操作步骤47
• 4.4 试验的参数指标47-48
• 4.5 结果与讨论48-70
• 4.5.1 螺旋挤压机转速标定48-49
• 4.5.2 螺旋挤压机结构参数的影响49-56
• 4.5.3 螺旋挤压机物料参数的影响56-61
• 4.5.4 螺旋挤压机操作参数的影响61-70
• 4.6 本章小结70-71
• 5 响应面试验设计71-82
• 5.1 引言71
• 5.2 响应面试验设计71-72
• 5.3 模型拟合及方差分析72-74
• 5.4 双因素响应面分析74-81
• 5.4.1 双因素对除水率的影响74-77
• 5.4.2 双因素对处理量的影响77-79
• 5.4.3 双因素对度电产量的影响79-81
• 5.4.4 最优操作条件验证81
• 5.5 本章小结81-82
• 6 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 个人简历88-89
• 致谢89

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