双超声同步压缩纤维素生物质的成型机理和工艺研究

发布时间：2017-09-12 14:05

  本文关键词：双超声同步压缩纤维素生物质的成型机理和工艺研究

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【摘要】：生物质能源作为一种清洁能源,具有广阔的发展空间和产业化前景,是化石能源的最佳替代品之一,而纤维素燃料是最具前景的生物质能源之一。生物质固体成型技术能大幅提高生物质密度和抗变形性,降低生物质的储运成本,提高纤维素燃料的生产效率。然而,传统生物质固化成型技术一般要求高温高压和添加粘结剂,这制约了纤维素燃料产业化。双超声压缩生物质工艺将超声振动技术应用到生物质压缩成型,不仅能够使颗粒在常温常压下成型,提高压块的各项品质参数,而且能显著提高生物质酶水解出糖率,对纤维素燃料的产业化发展具有重要意义。根据双超声压缩生物质的工艺要求设计了并联工作的夹心式压电换能器超声振子,并采用串电感匹配方法对振动系统进行调谐匹配。通过实验分析了生物质参数对平均谐振频率的影响规律,发现振动系统的谐振频率漂移主要受生物质颗粒与工具头的接触面积影响。分析了纤维素生物质成分和双超声压缩生物质固化成型过程,发现生物质在冲击振动和压缩力的共同作用下密度增大并产生热效应。实验测量了压块成型力变化规律表明,压缩力为超声频率的振荡力,其振幅受超声电源功率影响。虽然压缩力平均值比预压力稍小,但产生的高频冲击使生物质颗粒剧烈运动起来,降低了颗粒的流动抗力,产生热效应；利用热电偶测量了压块内部各点的温度分布,分析压块中心温度的影响因素及炭化产生的原因,并获得各工艺参数对压块中心温度的影响规律。通过单因素实验分析了压块持久性,获得了各工艺参数对压块抗跌碎性和抗渗水性的影响规律,并通过正交实验获得各因素对压块抗跌碎性影响的大小顺序为含水率压缩时间颗粒度超声电源功率预压力,对应最佳工艺参数为15%,40s,0.5mm,56%(145W),0.5MPa。通过单因素实验得到双超声压缩工艺对生物质的出糖率影响规律。
【关键词】：双超声辅助振动压缩 纤维素生物质颗粒 成型机理 持久性 出糖率
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6;TB559
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 引言13-14
• 1.2 课题研究背景14-18
• 1.2.1 国内外生物质压缩成型技术的研究现状14-15
• 1.2.2 国内外生物质压缩成型设备类型15-16
• 1.2.3 国内外生物质压缩机理和工艺研究现状16-18
• 1.2.4 国内外超声辅助压缩生物质机理和工艺研究现状18
• 1.3 课题研究概况18-21
• 1.3.1 课题来源18-19
• 1.3.2 课题研究意义19-20
• 1.3.3 研究内容20-21
• 第二章 超声振子选用及其阻抗匹配设计21-43
• 2.1 超声振子的选用21-29
• 2.1.1 超声振子的技术要求21-22
• 2.1.2 换能器的选用22-24
• 2.1.3 变幅杆的选用24-26
• 2.1.4 工具头的选用26-27
• 2.1.5 振子及其性能参数27-29
• 2.2 双超声同步振动系统的匹配设计29-34
• 2.2.1 夹心式压电超声振子匹配介绍29-30
• 2.2.2 单个夹心式压电超声振子的谐振特性30-32
• 2.2.3 并联的两个夹心式压电超声振子的谐振特性32-34
• 2.3 双振子振动系统谐振频率的影响因素研究34-42
• 2.3.1 生物质原料和仪器35-36
• 2.3.2 谐振频率影响因素实验设计36-38
• 2.3.3 振动系统谐振频率影响因素分析38-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 生物质固化成型机理和压块温度变化规律43-60
• 3.1 生物质固化成型机理43-47
• 3.1.1 纤维素生物质的成分43-44
• 3.1.2 生物质原料压缩固化成型过程44-46
• 3.1.3 双超声压缩生物质原料的固化成型过程46-47
• 3.2 超声压缩过程中压缩力变化规律47-51
• 3.2.1 实验条件和实验设计47-48
• 3.2.2 实验结果分析48-51
• 3.3 压块内各点温度变化影响因素研究51-58
• 3.3.1 实验设计51-53
• 3.3.2 实验结果分析53-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第四章 双超声压缩成型生物质压块的持久性研究60-75
• 4.1 生物质压块抗跌碎性的影响因素研究60-69
• 4.1.1 实验设计60-62
• 4.1.2 压块抗跌碎性测量方法62
• 4.1.3 试验结果与讨论62-66
• 4.1.4 压块抗跌碎性的正交试验研究66-69
• 4.2 生物质压块抗渗水性的影响因素研究69-73
• 4.2.1 实验设计69-70
• 4.2.2 压块抗渗水性测量方法70
• 4.2.3 试验结果与讨论70-73
• 4.3 本章小结73-75
• 第五章 双超声同步压缩纤维素生物质的出糖率研究75-93
• 5.1 纤维素生物质的预处理75-79
• 5.1.1 物理法预处理76-77
• 5.1.2 化学法预处理77
• 5.1.3 物理-化学法预处理77-78
• 5.1.4 生物法预处理78
• 5.1.5 预处理方法的选择78-79
• 5.2 纤维素生物质的酶水解机理79-80
• 5.2.1 纤维素酶的组成及其理化性质79
• 5.2.2 纤维素酶的作用机理79-80
• 5.3 纤维素酶水解还原糖的检测80-84
• 5.3.1 葡萄糖标准曲线绘制80-82
• 5.3.2 纤维素酶活性测试82-83
• 5.3.3 纤维素酶水解实验设计83-84
• 5.4 双超声压缩生物质出糖率的影响因素研究84-92
• 5.4.1 生物质种类对酶水解出糖率的影响85-87
• 5.4.2 双超声压缩工艺参数对酶水解出糖率的影响87-92
• 5.5 本章小结92-93
• 结论与展望93-95
• 参考文献95-102
• 攻读学位期间发表论文与申请专利102-104
• 致谢104-105

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