秸秆连续挤出蒸汽爆破处理的机理研究

【摘要】： 近年来,随着石油、煤、天然气等化石能源的逐渐枯竭,人们开始把目光转向对各种低成本、可再生新能源的开发。由于植物纤维具有天然、可再生等特性,因此利用植物纤维转化为人们所需的能源和其它化工产品,是世界上许多国家正在积极探索的课题。蒸汽爆破技术是目前广泛应用的将植物纤维转化为人们需要的能源的预处理技术。 在以往的研究中,人们主要是通过实验来实现对蒸汽爆破技术的研究,其设计参数和工艺参数均靠经验而来,然后制成设备。这样,就需要花费较长的时间以及人力、物力、财力来确定合适的参数。因此,开展对蒸汽爆破过程的数值模拟分析是一项非常有意义的工作。 在本课题中,提出并建立了蒸汽爆破建压段的数学模型和有限元模型,利用专用的-CFD软件FLUENT对建压段流道流场进行了有限元模拟计算,得到了流道流场中的压力分布云图,并就建压段几何参数和挤出机操作参数对建压段压力的影响进行了分析和讨论。 本课题的研究为蒸汽爆破设备的设计提供了一种参考方法,即利用CAE技术。借助于FLUENT软件进行模拟计算和分析,以获得建压段压力与各参数之间的关系。这样,既可以减少实验所造成的浪费,又大大提高了设计效率,进而缩短设备的设计、制造周期和成本。 【关键词】：蒸汽爆破 植物纤维 预处理技术 流场分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TB41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 国内外秸秆资源研究利用的现状及发展趋势14-20
• 1.1.1 国内秸秆利用技术工作基础和存在的基础14-18
• 1.1.2 国外最新进展和发展趋势18-20
• 1.1.3 发展趋势20
• 1.2 纤维素原料组分分离常用处理方法及评价标准20-25
• 1.2.1 物理方法21-22
• 1.2.2 化学方法22-23
• 1.2.3 蒸汽爆破法23-24
• 1.2.4 纤维素原料组分分离评价标准24-25
• 1.3 本课题的主要研究内容和意义25-27
• 1.3.1 课题的来源25
• 1.3.2 课题的目的和意义25-26
• 1.3.3 课题研究的主要内容26-27
• 第二章 植物纤维的组成及结构27-38
• 2.1 纤维素28-31
• 2.1.1 纤维素的分子结构28-29
• 2.1.2 纤维素的聚集态结构29-30
• 2.1.3 纤维素的化学性质30-31
• 2.1.4 纤维素的用途31
• 2.2 半纤维素31-33
• 2.2.1 半纤维素的化学结构31-32
• 2.2.2 半纤维素的聚集态结构32
• 2.2.3 半纤维素的理化性质32
• 2.2.4 半纤维素的利用32-33
• 2.3 木质素33-35
• 2.3.1 木质素化学结构33-34
• 2.3.2 木质素的理化特性34
• 2.3.3 木质素的工业应用34-35
• 2.4 灰分35-36
• 2.4.1 灰分的主要成分35
• 2.4.2 灰分对酶解的影响35-36
• 2.5 其他成分36-38
• 2.5.1 有机液剂抽出物36-37
• 2.5.2 果胶质37-38
• 第三章 蒸汽爆破技术38-48
• 3.1 蒸汽爆破技术的特点38
• 3.2 蒸汽爆破技术的进展与发展趋势38-40
• 3.3 汽相蒸煮物理化学变化40-41
• 3.4 蒸汽爆破过程41-42
• 3.5 蒸汽爆破的能耗42-43
• 3.5.1 耗气量42
• 3.5.2 蒸汽爆破功率分析42-43
• 3.6 影响蒸汽爆破的主要因素43-45
• 3.7 蒸汽爆破设备45-47
• 3.7.1 间歇式蒸汽爆破设备45-46
• 3.7.2 连续蒸汽爆破设备46-47
• 3.8 蒸汽爆破的应用领域47-48
• 第四章 有限体积法及标准k-ε模型48-57
• 4.1 有限体积法及其求解48-52
• 4.1.1 有限体积法的基本思想48
• 4.1.2 有限体积法的求解48-52
• 4.3 流场数值计算的主要方法52-53
• 4.3.1 耦合式解法52-53
• 4.3.2 分离式解法53
• 4.4 标准k-ε模型53-57
• 4.4.1 标准k-ε方程模型的定义54
• 4.4.2 标准k-ε模型的有关计算公式54-55
• 4.4.3 标准k-ε模型的控制方程组55-57
• 第五章 挤出机建压段流场的数值模拟57-64
• 5.1 流场分析模型的建立57-61
• 5.1.1 数学模型57-59
• 5.1.2 物理模型59
• 5.1.3 有限元模型59-61
• 5.2 挤出机建压段流道的流场计算61-64
• 5.2.1 流道流场模拟的各参数条件61-62
• 5.2.2 计算结果62-64
• 第六章 各参数对建压段流场的影响64-80
• 6.1 结构参数对建压段流场的影响64-74
• 6.1.1 建压段长度对建压段流场的影响64-67
• 6.1.2 螺杆根径对建压段压力的影响67-71
• 6.1.3 出口间隙对建压段压力的影响71-74
• 6.2 挤出机操作参数对建压段压力的影响74-80
• 6.2.1 入口处加水量对建压段压力的影响74-77
• 6.2.2 建压段外部加热温度对建压段压力的影响77-80
• 第七章 结论80-83
• 7.1 课题研究的主要内容及主要结论80-81
• 7.1.1 课题研究的主要内容80
• 7.1.2 主要结论80-81
• 7.2 本课题的主要贡献81
• 7.3 遗留问题及前景展望81-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 成果及发表的学术论文87-88
• 作者简介88-89
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书89-90

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