木質(zhì)纖維素連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理技術(shù)的研究.pdf

1、利用木質(zhì)纖維素制乙醇來提供人類所需的能源，已經(jīng)成為一種被國際認可并大力研究的重要方法。但是，目前的木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)存在成本高、能耗大和抑制物含量高等問題，制約了該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。本文將蒸煮預(yù)處理和蒸汽爆破預(yù)處理聯(lián)合起來，提出了木質(zhì)纖維素連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理技術(shù)，并研制了相應(yīng)的連續(xù)預(yù)處理設(shè)備。較為全面地分析了連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理設(shè)備中關(guān)鍵裝置的結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)，并進行了運行和效果試驗，以期提升木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)，促進木質(zhì)纖維素綜合利用的

2、產(chǎn)業(yè)化進度。
　　采用Fluent軟件，使用單因素法對蒸煮器、汽蒸器和噴爆器進行了分析，并利用正交試驗設(shè)計方法對其進行了優(yōu)化，為設(shè)備的研制提供了理論基礎(chǔ):
　　(1)建立了蒸煮器的數(shù)值模型。研究了蒸汽溫度、蒸汽流量、水混物料含水量、輸送螺桿速度對水混物料最高溫度和平均溫度及相應(yīng)條件下預(yù)處理強度的影響。通過優(yōu)化得到了各個因素對于蒸煮過程的影響程度從小到大分別是水混物料含水量、蒸汽流量、輸送螺桿速度、蒸汽溫度，對應(yīng)的優(yōu)組合是50

3、％、25kg/h、0.75rad/s、180℃。
　　(2)建立了汽蒸器的數(shù)值模型。研究了蒸汽溫度、玉米秸稈初始體積分數(shù)、來流玉米秸稈溫度及送料螺桿速度對玉米秸稈最高溫度和平均溫度及相應(yīng)條件下預(yù)處理強度的影響。通過優(yōu)化得到了各個因素對于汽蒸過程的影響程度從小到大分別是來流玉米秸稈溫度、蒸汽溫度、玉米秸稈初始體積分數(shù)、送料螺桿速度，對應(yīng)的優(yōu)組合是180℃、240℃、15％、0.6rad/s。
　　(3)建立了噴爆器的數(shù)值模型。

4、研究了閥門開啟角度、噴爆管徑、噴爆時間及噴爆壓力對蒸汽耗量、玉米秸稈產(chǎn)量與料汽比及蒸汽和玉米秸稈出口速度的影響。通過優(yōu)化得到了各個因素對于噴爆過程的影響程度從小到大分別是閥門開啟角度、噴爆管徑、噴爆時間、噴爆壓力，對應(yīng)的優(yōu)組合是90°、DN25、1.5s、1.5MPa。
　　依據(jù)分析和優(yōu)化結(jié)果，設(shè)計、加工、組裝并調(diào)試了滿足預(yù)處理條件的連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理設(shè)備。針對蒸煮器、汽蒸器和噴爆器進行了設(shè)備運行試驗。發(fā)現(xiàn)數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果較

5、為相近，對指導(dǎo)連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理設(shè)備的研制具有較高的參考價值。
　　以連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理設(shè)備為試驗臺，以玉米秸稈為試驗對象，進行了木質(zhì)纖維素連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理效果試驗。發(fā)現(xiàn)蒸煮過程有效除去了部分抑制物，且酶解汽爆產(chǎn)物，葡萄糖得率達到80％所需的酶加量較少，證明了木質(zhì)纖維素連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理技術(shù)的處理效果。
　　本文提供了一種更高效、更有經(jīng)濟價值的木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)，即連續(xù)蒸煮汽爆預(yù)處理技術(shù)，并研制出了一套相應(yīng)的的連續(xù)蒸煮汽