[发明专利]一种汽爆机

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽爆机，尤其涉及一种对生物质进行蒸汽爆碎及对淀粉质、蛋白质等原料进行蒸汽爆碎熟化处理的汽爆装置。

 

背景技术

汽爆技术从二十世纪二十年代出现至今己有90多年，从最初用于生产人造纤维板、历经木材纤维提取乙醇、制浆造纸、动物饲料生产，至今己发展到在食品工业、制药行业、生物能源、材料、化学和环境保护等各领域 ,其应用前景及技术优势已日趋突出。

汽爆技术全称为“蒸汽爆破技术”，其技术原理是：将渗进生物质组织内部的蒸汽分子于短时间内发生突发性释放，用较少的能量将原料按目的分解。汽爆机即是依据这一原理设计用于完成不同目的的机械装置或设备, 能将核心容器内的原料与高压蒸汽在毫秒级的范围内，以炸散的形式爆于大气空间。这一过程不仅利用了蒸汽的高压势能，更主要的是使蒸汽内能转化为机械能，实现了绝热膨胀做功。由于其作用时间短，能量密度高且作用位置集中，使渗透到纤维素与木质素等的分子之间的水蒸汽分子产生强大的破坏力，可充分的在大分子水平上将物料分解，为后期酶水解等生化处理创造基础条件。

目前，汽爆技术在秸秆等生物质材料的预处理中应用广泛，不同的汽爆装置也种类繁多。但是,事实上现有在用的汽爆装置都达不到技术性能的要求，只能称作是热喷放装置，其基本模式是：在一个压力容器底部装设阀门，通过阀门的快速打开来实现容器内压力的突然释放，产生热喷放效果。这一模式存在的主要问题在于：由于阀门的放汽截面远远小于压力容器的容积截面，并且高压阀门开启速度有限，容器内高压蒸汽的压力释放过程时间长，一般为3-10秒，远达不到毫秒量级释放，因此无法实现蒸汽绝热膨胀做功，降低了能量密度，使物料分解程度不高。并且在实际工程中需要加大容器的容积时，阀门无法等比例放大，这就更拉大了放汽截面与容器容积截面的差距，使压力释放过程愈加延长。因此,这种热喷放模式的汽爆装置产生不了真正的蒸汽爆碎效果。

此外，还有一种通过螺杆连续挤出方式来模拟蒸汽爆碎过程的装置，其特点是：固形物或物料干物质受高应力挤压并产生高温，在装置出口挤压的应力消失后，物料被膨化。这种装置实施的工艺过程,不是以汽体渗入进生物质组织的内部方式充注可爆发的压缩汽体能，并使其在短时间爆炸释放，因此不具备汽爆的技术条件，无法从分子水平上打破原有生物质大分子的晶格。其结果是以巨大的功耗来压缩固体，却未能产生处理生物质所预期的效果，对于后期的利用作用不大。

针对“热喷放”和“螺杆连续挤出”两种模式装置及其工艺效果所存在的实际缺陷，专利申请号为201110030659.8、发明名称为“数控连续汽爆机”的中国发明专利，公开了一种汽爆装置，该汽爆装置利用滑动封盖原理能在毫秒级的时间内完成超音速蒸汽爆碎过程，该发明的汽爆放汽截面等于容器截面，实现了爆发突然性。相比热喷放装置中放汽时间受制于放汽阀门与容器大小的比例，其放汽时间与容器容积大小无关，所产生的蒸汽弹射作用能量巨大，实现高速驱动滑动封盖，其驱动力与容器截面成正比，使滑动封盖无论质量大小都能快速完成汽爆打开，提高了爆破能量密度，使物料得到充分分解，使得蒸汽保压时间由十几分钟缩短到几十秒，全部物料爆出过程均在毫秒级（0.00875秒）内完成，避免了热喷放装置中第一秒和第十秒喷出的物料的生熟程度不同的问题，满足了工业化生产中工艺一致性的要求。但是，该发明虽然属于采用的滑动封盖原理，而实际上其爆仓上部采用滑动密封，下部仍采用的是端面密封原理，导致密封圈的损耗非常大，需要经常更换密封圈，影响工作效率；采用上部滑动密封盖中间进料的方式，进料口采用悬浮密封，需要一个单独的气缸来提供动力，不但使装置复杂化且增加了设备成本。

具体来说，该结构的汽爆机主要存在以下问题：一是下部端面密封，导致密封圈损耗极大；二是采用滑动封盖中间进料方式，就必须用多根支柱将上下密封盘相连接构成滑动封盖，这样就使得整个滑动封盖呈为“鼠笼”结构，还另外需要增设进料口密封装置；现有采用的悬浮密封装置或者螺纹密封，原料从进料口直接进入爆仓后，当滑动封盖向下端运行打开端口密封时，原料由于受到滑动封盖“鼠笼”结构的多支柱阻力，延缓或阻碍了爆出料的迅速爆出，且爆出料会堆积在滑动密封盖的底盘上，在数控连续汽爆的状态下，这些堆积在滑动密封盖底盘上的爆出料经过多轮次的汽爆，会焦糊成硬团，尤其是在汽爆淀粉质原料时，由于物料的粘度，还会黏附“鼠笼”结构的支柱上、滑动密封盖的底盘上，全部焦化成硬团，严重影响爆出物料品质以及汽爆机的连续工作状态，这已被实验所证实。

 

发明内容