蒸汽爆破技术概述
气体膨胀爆破技术

气体膨胀爆破技术
气体膨胀爆破技术是一种利用气体高压和膨胀能力来破坏岩石和
建筑物的一种方法。
它包括将压缩气体引入岩石或建筑物中,并在一
定的压力下释放气体从而达到破坏的目的。
这是一种极为有效的方法,已广泛应用于矿业、建筑、拆迁等领域。
气体膨胀爆破技术采用的主要气体为氮气,它具有几种有效的膨
胀方式。
一种方式是传统膨胀,液态氮被释放在矿体或建筑物上以产
生爆破作用。
另一种方式是膨胀充填,氮气被注入预制的孔隙和开裂中,从而产生震动和膨胀作用,进而破坏目标物。
气体膨胀爆破技术相对于传统爆破方法具有更好的环保性和安全性。
它避免了传统爆破方法中大量炸药残留和炸药爆炸带来的危险。
此外,气体膨胀爆破技术还能够更加精准地控制破坏范围和程度,减
少破坏对周围环境的影响。
然而,气体膨胀爆破技术也存在一些问题。
首先,该技术需要大
量的氮气,这可能导致成本较高。
其次,由于氮气的膨胀能力有限,
气体膨胀爆破技术并不适用于所有的矿体和建筑物。
最后,气体膨胀
爆破技术需要使用先进的技术和设备,这对一些发展中国家来说可能
难以负担。
总的来说,气体膨胀爆破技术是一种十分有效的方法,已逐渐被
广泛应用。
尽管它存在一些缺点,但随着技术的不断进步和设备的不
断升级,这些缺点有望得到改善,促进气体膨胀爆破技术在更广泛的
领域应用。
固体废弃物处理中的蒸汽爆破技术

固体废弃物处理---固体垃圾蒸汽爆破工艺目前我国城市生活垃圾年产量达1亿多吨,且每年以8%-10%的速度增长,其中50%以上成分是有机物,主要是采用卫生填埋法处理(自然发酵),其存在着:(1)产生的渗滤液和填埋气体对环境造成巨大威胁;(2)处理周期长,生产成本高。
而沼气固态发酵充分利用了固体垃圾和秸秆的特点,使得未发酵完的底物能方便作为肥料和饲料等用;同时在还田及其体积、添加量上、运输上都具有沼气湿发酵不可比拟的优点。
从这些方面来看,沼气固态发酵应用前景广阔。
但目前迫切强化需要固态发酵沼气技术工程化研究,提高固态发酵沼气技术水平和实用性。
笔者从固体原料预处理和周期刺激固态发酵沼气两个方面着手研究,提出一种周期刺激汽爆秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法。
首先将风干秸秆或筛选的有机垃圾经过汽爆处理后放入固态发酵罐体中;然后将汽爆物料与沼气迅速混合,密封于发酵罐体中进行固态发酵;通入发酵的沼气排净罐体中的空气,采用外界周期压力变化以强化固态发酵的速率;迅速排气收集沼气。
5.14.1 固体垃圾蒸汽爆破过程(1)粉碎作用在汽爆过程中,垃圾内部的蒸汽从高压瞬间释放到低压时的爆破力使垃圾粉碎。
该粉碎过程比机械粉碎更彻底,更完全,因为蒸汽会充满垃圾的所有周质空间,无孔不入,爆破使得大小有机垃圾都能够完全粉碎。
这样可以省略垃圾分选步骤中的机械粉碎步骤。
(2)分解作用在高温条件下,垃圾中的蛋白质、脂肪、纤维素等大分子物质部分降解,特别是一些难以生物降解的物质,如园艺垃圾中的纤维素、木质素会在汽爆过程中部分水解,或者它们的分子结构发生有利于生物降解的改变,这是因为蒸汽无孔不入,能够在有机物的分子水平上发生作用。
这将会提高垃圾厌氧消化的转化率,缩短消化时间。
(3)消毒作用在密封的汽爆罐内,蒸汽压力达到8-12个大气压,蒸汽温度达到160℃左右,垃圾在汽爆罐内保持5分钟左右,垃圾中的有害病毒和细菌大部分被杀死。
这样在后面的处理过程中,工作人员会更加卫生安全。
木质纤维素蒸汽爆破预处理技术的研究进展

木质纤维素蒸汽爆破预处理技术的研究进展随着全球能源和环境问题的日趋紧迫,使用可再生、廉价和丰富的生物质资源作为替代能源和替代化学品的需求不断增长,而木质纤维素是其中最重要的资源之一。
木质纤维素是由几乎所有植物组成的多糖复合物,并且它是目前最常见的可再生资源之一。
然而,木质纤维素的高度结晶、结构致密以及层间结合强度较高等特性使其难以高效地分解。
因此,为了改善木质纤维素的分解效率,预处理技术已成为研究重点之一。
在所有的预处理技术中,木质纤维素蒸汽爆破技术是最有前途的。
木质纤维素蒸汽爆破预处理技术是指将木质纤维素与水和蒸汽混合后,在高压高温条件下对其进行短时间处理,从而使木质纤维素的纤维结构产生强烈震荡和破裂,并且造成内部纤维素层的裂解和开放。
这种预处理技术摧毁了木质纤维素的晶体结构,并改变其形态,同时增加了纤维素的可进一步降解性。
到目前为止,此技术已经在多个实验条件下进行了研究,并取得了良好的效果。
在研究中,发现木质纤维素蒸汽爆破预处理技术可以提高纤维素的可降解性和产物的不同程度。
一项研究表明,在使用蒸汽爆破预处理技术时,木质纤维素与降解酶三天后分解率达到70%,而没有预处理的相对分解率仅为37%。
此外,通过蒸汽爆破预处理技术,可以降低木质纤维素颗粒的平均直径、增加颗粒的比表面积和微孔体积,并且也有助于加快生物降解。
此外,研究人员还发现,木质纤维素蒸汽爆破预处理技术对于不同种类的木质纤维素和不同预处理条件存在显著的影响。
例如,预处理压力、温度和处理时间等参数都与预处理效果密切相关。
在预处理温度较低的情况下,预处理时间需要增加以达到相同的效果。
而在预处理压力较低的情况下,达到相同效果可能需要增加预处理温度或预处理时间。
此外,近年来还出现了一些新的改进方法来增强木质纤维素蒸汽爆破预处理技术。
例如,在预处理过程中添加碳酸钠可以增加木质纤维素的易降解性。
另一项改进方法是在预处理前将木质纤维素与离子液体混合,这种方法可以减少预处理所需的时间,同时提高预处理效果。
可降解材料加工中的蒸汽爆破技术

可降解材料加工纸浆模塑制品(Pulp Moulded Products),是随着人们对环保的重视以及相关技术的突破而得以发展起来的,其性能及良好的可回收性,已得到人们的广泛认可。
作为包装制品其应用范围相当广泛,可用于一次性餐具,鲜蛋、水果、花卉、农作物、玻璃制品、陶瓷制品、电子产品、工艺品、医疗器械、机械设备部件及其它易碎产品的包装。
特别是纸浆模塑制品所特有的良好透气性,用于包装“呼吸有生命”的产品时,可提高保质期、延长货架寿命;再加之现代社会对环保的要求越来越高,对包装掀起了“绿色革命”的浪潮。
因此,这诸多因素,使得纸浆模塑制品有了前所未有的发展良机。
纸浆模塑制品尽管发展迅速、应用也越来越广,但仍存在一些问题,有待于研究与创新。
纸模制品的发展趋势主要体现在技术(工艺)、材料(原材料)利用,设备工序、产品应用范围等多个方面。
目前,纸模制品几乎都是采用高级木浆,而这些木浆大部分都是靠进口;纸浆模塑制品生产过程中大多采用湿法真空或加压脱水,会产生类似于造纸工业的废水污染,另外,在生产过程中必须添加化学助剂,更易造成环境污染;由于使用进口木浆作原料,生产过程需要化学助剂和大量废水处理,致使纸浆模塑制品的生产成本昂贵,无法与发泡聚苯乙烯包装材料相竞争。
因此,社会急需开发利用廉价的秸秆原料,清洁高效制备全天然包装材料。
我国森林覆盖率较低,木材短缺。
依靠木材解决上述问题是不现实的。
而我国农作物秸杆资源丰富,稻、麦等秸秆年总量约7亿吨以上,但其利用问题至今未能得到较好解决,除少量用于低档纸业、包装、粗饲料及燃料外,大量均被作为废物处理了。
如何综合利用秸秆,已成为一个突出的资源利用问题、环境保护问题和受到社会十分关心的问题。
利用秸秆制作可降解的纸浆模塑包装材料,一方面为秸秆利用找到一条经济有效的途径。
另一方面,可解决包装工业存在的诸多问题,为其可持续发展作出贡献。
同时,为环境保护和航空安全作出贡献。
5.15.1 国内外利用秸秆生产生态环境材料现状为了尽快脱离矿物资源,应加强对环境有净化作用的环境友好材料的研究开发,以依赖矿物资源转向依靠生物资源是人类社会的生产活动从必然王国走向自由王国的途径。
海产品加工中的蒸汽爆破技术

海产品加工5.6.1 虾蟹壳甲壳素又名甲壳质、几丁质等,学名为(1,4)-2-乙酰胺-2-脱氧-β-D葡聚糖,它大量存在于节肢动物的甲壳中,也存在于低等植物的细胞壁中。
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物,其学名是(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D葡聚糖。
甲壳素及其衍生物在农业、纺织、化工、医药、食品等领域都有广泛用途。
甲壳素、壳聚糖原料来源丰富,目前大多以虾、蟹壳为原料进行制备。
目前,虾主要用途也就是作为功能食品,在虾体被开发利用的同时,产生了大量的虾壳废弃物。
传统的处理方法是将虾壳制成虾粉作为动物饲料,这种方法所产生的经济效益比较低,并不能达不到很好的综合利用。
南极磷虾壳中含有大量的甲壳素,并且其个体小处理方便,壳体内的甲壳素易获得。
工艺流程如下:通过汽爆罐进料口将虾壳置入罐中,通入蒸汽至一定压力,蒸汽爆破处理。
立即打开放料球阀,使物料喷放到常压释放罐中。
在这一过程中,虾壳破碎,内含甲壳素等物质日本吉夫大学的Mikiji Shigematsu等人也采用汽爆技术从蟹壳中提取甲壳素。
首先是将蟹壳粉碎,然后用醋酸溶液浸泡,再在230℃下保温16min后,瞬间释压爆破。
采用改工艺得到的甲壳素纯化和后处理工艺简单,用水或盐酸洗涤1h即可。
得到的甲壳素呈纤维状,与Hackman方法制备的甲壳素相比,该法制备的甲壳素富含N-乙酰基团,结晶度稍高,分子量低,但是该法使用的化学试剂的量减少,处理时间明显缩短。
5.6.2 海藻海藻是功能食品和海藻化工产品最丰富的来源之一,它富含的营养物质,很多是陆生植物中所没有但又对人体健康非常有益的物质,例如它富含更均衡的优质蛋白质及γ-亚麻酸、β-胡萝卜素等。
如螺旋藻就被联合国定为最富营养的未来食品。
海藻类不仅是未来人类最重要的一类食物来源,而且是制备生琼脂、卡拉胶等海藻多糖产品的重要资源。
我国具有非常充足的海藻资源,但海藻细胞有一厚层由纤维素、半纤维素等复杂多糖构成的细胞壁(藻胶层)。
蒸汽爆破技术应用现状研究

中国果菜China Fruit &Vegetable第40卷,第7期2020年7月收稿日期:2020-04-20基金项目:泉城产业领军人才(创新团队)项目(2018012)第一作者简介:张博华(1990—),女,研究实习员,硕士,主要从事天然产物提取及功能食品研发工作*通信作者简介:吴茂玉(1972—),男,研究员,博士,主要从事农产品加工方面的研究工作果蔬加工Process蒸汽爆破技术应用现状研究张博华,马超,张明,杨立风,孟晓峰,吴茂玉*(中华全国供销合作总社济南果品研究院,山东济南250014)摘要:蒸汽爆破技术是一种新兴的原料预处理方式,主要通过高温高压蒸汽瞬间释压破坏细胞壁结构,以促进植物活性成分的释放,该技术绿色、环保且高效。
近几年蒸汽爆破技术在国内发展迅速,在农业和食品领域的应用越来越广泛,该技术的研究对农业和食品资源的开发意义较大。
本文综述了汽爆过程中的物理化学变化,以及在果蔬加工、废弃物改性、谷物粮食加工、中药提取等领域中的应用,以期为该技术在食品领域的广泛应用提供参考。
关键词:蒸汽爆破;基本原理;物理化学变化;应用现状;果蔬;谷物粮食;中药中图分类号:S210.7文献标志码:A文章编号:1008-1038(2020)07-0031-05DOI :10.19590/ki.1008-1038.2020.07.007The Application Status of Steam Explosion TechnologyZHANG Bo-hua,MA Chao,ZHANG Ming,YANG Li-feng,MENG Xiao-feng,WU Mao-yu *(Jinan Fruit Research Institute,All China Federation of Supply &MarketingCo-operatives,Jinan 250014,China)Abstract:Steam explosion technology is an emerging raw material pretreatment method.It can destroy the cellwall structure by releasing pressure instantaneously to promote the release of plant active ingredients.It ’s agreen and efficient technology.In recent years,this technology has developed rapidly in China and has been applied more and more extensively in agriculture and food areas.The research on this technology is beneficial to the development of agricultural and food resources.This paper reviewed the steam explosion technology and its application in fruit and vegetable processing,waste modification,grain processing and traditional Chinese medicine extraction,in order to provide a valuable reference for the wider application of the technology infuture food processing.Key words:Steam explosion;fundamental principles;physical and chemical changes;application status;fruitsand vegetables;cereals and grains;traditional Chinese medicine蒸汽爆破技术(简称“汽爆”)是近年来发展迅速的一种预处理方法。
机理蒸汽裂解模型-概述说明以及解释

机理蒸汽裂解模型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述蒸汽裂解是一种重要的热化学反应过程,广泛应用于工业生产中。
它通过加热水蒸汽来分解化合物,生成反应产物。
蒸汽裂解具有高效、快速和灵活的特点,可以用于制取多种化学品,如烯烃、烷烃和芳香烃等。
在蒸汽裂解过程中,高温和高压条件下,水蒸汽与化合物发生热分解反应,使原料分子断裂生成活性物种,然后形成新的化学键,最终得到反应产物。
蒸汽裂解的反应温度通常在500-900之间,压力在0.1-2.5MPa 之间。
蒸汽裂解反应是一个复杂的过程,其反应机理涉及多种化学反应。
裂解反应的速率受到多个因素的影响,如反应温度、反应压力、反应时间、催化剂种类和负载等。
因此,建立一个准确的蒸汽裂解模型对于理解和预测反应过程至关重要。
本文将就蒸汽裂解的基本原理以及反应机理进行详细探讨。
首先,介绍蒸汽裂解的基本原理,包括裂解反应的定义、蒸汽裂解的优点以及在工业生产中的应用。
然后,讨论裂解反应的机理,包括反应步骤、反应中间体和活性物种的生成过程。
最后,展望蒸汽裂解模型的应用前景,并对全文进行总结。
通过本文的研究,对蒸汽裂解反应的基本原理和反应机理有了更深入的理解,有助于优化蒸汽裂解过程的条件和提高反应效率。
同时,为蒸汽裂解模型的建立和应用提供了理论基础。
希望本文的研究成果能为相关领域的研究者提供一定的参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示:文章结构部分旨在介绍本文的章节安排和内容概述。
本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言中,我们将概述蒸汽裂解模型的背景和重要性,并简要介绍本文的结构和目的。
在正文部分,将详细讨论蒸汽裂解的基本原理和反应机理。
首先,我们将介绍蒸汽裂解的基本原理,包括裂解反应的定义和原理。
其次,我们将深入探讨蒸汽裂解的反应机理,包括各种反应路径和关键反应步骤的描述。
在结论部分,我们将展望蒸汽裂解模型的应用前景,探讨其在能源和化工等领域的潜在价值,并对本文进行总结。
爆破工程技术的现状及发展

爆破工程技术的现状及发展1. 爆破工程技术的概述爆破工程技术是一种利用爆炸能量来破坏或者改变物体结构的技术。
它广泛应用于矿山、建造、交通、军事等领域,可以高效地实现破碎、拆除、挖掘等工作。
随着科技的进步和需求的增加,爆破工程技术不断发展,不断提高其效率和安全性。
2. 爆破工程技术的现状(1)技术手段:现代爆破工程技术主要采用电子起爆系统,通过控制电信号来实现精确的起爆操作。
同时,高性能炸药的研发和应用也大大提升了爆破效果。
(2)设备装备:爆破工程技术的发展推动了爆破设备的更新换代。
如高压气体爆破装置、液体炸药喷射装置等,使得爆破作业更加安全、高效。
(3)监测与控制:现代爆破工程技术注重对爆破过程的监测与控制,以确保工程的安全性。
通过使用高精度的监测仪器,可以实时监测爆破振动、冲击波、气体排放等参数,从而保证周围环境和结构物的安全。
3. 爆破工程技术的发展趋势(1)精确化与自动化:随着科技的进步,爆破工程技术正朝着精确化和自动化方向发展。
通过引入先进的传感器、控制系统和人工智能技术,可以实现爆破参数的自动调整和精确控制,提高爆破效果和安全性。
(2)环保化:在爆破工程中,环境保护意识日益增强。
未来的发展趋势将更加注重减少爆破产生的噪音、振动温和体排放,采用更加环保的炸药和技术手段。
(3)数字化与信息化:爆破工程技术正逐渐实现数字化和信息化。
通过建立爆破工程数据库、使用摹拟软件和虚拟现实技术,可以对爆破方案进行摹拟和优化,提高工程效率和安全性。
(4)多学科交叉融合:爆破工程技术的发展需要多学科的交叉融合。
例如,结构力学、地质学、电子技术等领域的知识与爆破工程技术相结合,可以更好地解决复杂工程问题。
4. 爆破工程技术的应用领域(1)矿山爆破:矿山爆破是爆破工程技术的重要应用领域之一。
它可以高效地破碎矿石,提高矿石的开采效率。
同时,矿山爆破也需要考虑对周围环境的影响,避免对地质构造和水源的破坏。
(2)建造拆除:在城市更新和建造改造过程中,爆破工程技术被广泛应用于建造物的拆除。
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概述1.1.1蒸汽爆破技术的特点蒸汽爆破预处理是近年来发展起来的一种的预处理方法。
原料用蒸汽加热至180-235℃,维压一定时间,在突然减压喷放时,产生二次蒸汽,体积猛增,受机械力的作用,其固体物料结构被破坏。
蒸汽爆破法技术最早始于1926年,当时为间歇法生产,主要是用于生产人造纤维板。
从70年代开始,此项技术也被广泛用于动物饲料的生产和从木材纤维中提取乙醇和特殊化学品。
80年代后,此项技术有很大的发展,使用领域也逐步扩大,出现了连续蒸汽爆破法生产技术及设备,即加拿大Stake Technology公司开发的连续蒸汽爆破法工艺及设备,并产生许多专利。
80年代后期,Stake Technology 公司,将此项技术应用于制浆造纸领域,它与加拿大魁北克大学共同研究,首先对杨木、后对许多非木材纤维原料进行了大量的蒸汽爆破试验,取得很好的效果。
在此基础上,开发研制了蒸汽爆破制浆技术和设备,并在制浆废液用于生产动物饲料技术方面也有深入的研究。
蒸汽爆破的几个优点可归纳如下:(1)可应用于各种植物生物质,预处理条件容易调节控制。
(2)半纤维素、木质素和纤维素三种组分会在三个不同的流程中分离,分别为水溶组分、碱溶组分和碱不溶组分。
(3)纤维素的酶解转化率可达到理论最大值。
(4)经过蒸汽处理后的木质素仍能够用于其他化学产品的转化。
(5)半纤维素产生的糖可以被全利用,转化为液体燃料。
(6)汽爆过程中产生的发酵抑制物可通过控制汽爆条件而大大降低。
该预处理方法适用于硬木、软木、农业废弃物,如蔗渣、麦草、稻草、玉米秸杆和其他非纤维素原料等各种植物生物质,而且正在这方面发挥越来越大的作用。
汽爆的缺点是:原料经汽爆后相对密度降低,体积增大,产生的发酵抑制物需要水洗去除。
1.1.2蒸汽爆破技术的主要内容蒸汽爆破技术应用领域不断扩大,其研究内容也不断扩大。
蒸汽爆破技术的实施要有相应的配套设备,因此蒸汽爆破设备的研发是该技术的主要研究内容之一,性质相似的原料可通用相同的设备,对某些特殊的原料则需要特殊的汽爆设备。
由于所有蒸汽爆破工艺的共同点是短时蒸煮和高压爆破,因此蒸汽爆破过程的原理是所有工艺的共同研究内容。
不同物料的结构和性质不同,在处理中的变化不一致,因此物料汽爆前后的具体变化也是蒸汽爆破技术的主要研究内容之一。
如对蒸汽爆破法制浆主要研究不同制浆原料,包括不同软木、不同硬木、不同秸秆、废纸等的预浸处理工艺(添加或不添加化学试剂、添加化学试剂的量、预浸时间、温度、压力等),不同原料的蒸汽爆破过程(蒸汽压力、温度、维压时间、动力学研究等),不同原料蒸汽爆破前后的变化和蒸汽爆破的机理(包括原料纤维的聚合度、结晶度、超微结构如纤维骨架的变化、胞间层分离状况、半纤维素和木质素的变化、各种化学连接键的断裂和形成等等),不同原料蒸汽爆破后的制浆效果(包括纸浆的得率、强度、可漂性等)以及不同原料蒸汽爆破处理的经济性分析。
蒸汽爆破技术的研究内容除了上述的共性研究外,会随不同的用途有所侧重,如对蒸汽爆破法制备饲料,则主要是研究饲料汽爆前后的毒性、适口性、可消化性、经济性;对于蒸汽爆破法预处理发酵固体物料,则主要研究汽爆前后物料的发酵效果、发酵动力学变化和原因分析等。
总之,蒸汽爆破技术应包括不同固体物料蒸汽爆破作用原理及其组分分离机制、固体物料蒸汽爆破工艺、蒸汽爆破固体物料的应用和蒸汽爆破设备等。
1.1.3蒸汽爆破技术的进展与发展趋势蒸汽爆破技术最早由Mason发明并用于制浆过程,称为Maonite 法。
他采用蒸汽作为操作流体,在压力和温度558k时把废材变成适合生产建筑纸板的纸浆。
目前蒸汽爆破技术用于制浆已经工业化,成为该技术应用最广,研究最为深入的一个领域。
在Masonite工艺基础上,人们对蒸汽爆破制浆进行了大量的改进。
其中的Stake和Kokta方法都是先预浸物料(这一点是Masonite 工艺所没有的),然后在高温高压下短时汽蒸,最后爆破。
不同之处是,前者在更高的压力(后期压力约3Mpa)下连续爆破作业(每4分钟喷放一次),木质素处于流动状态,有利于纤维分离。
值得指出的是,迄今为止Stake 工艺(图)发展最为成熟,它涉及到的半纤维素自动水解概念,即木材一经蒸煮,其中半纤维素水解形成有机酸游离出来并对木材主要组分的分级起催化作用。
其它重要的爆破工艺还有Iotech 和Siropulper ,它们主要用于木材利用的前处理。
短时蒸煮,高压爆破是所有工艺的共同点,也是蒸汽爆破技术制浆不同于其它制浆方法的地方。
目前除了采用蒸汽和惰性气体加压的工艺外,有些研究还采取了别的一些加压方式,如注入SO 2、NH 3或CO 2+H 2O 等,都取得了良好的效果。
蒸汽爆破技术引向纸浆生产和废纸处理后的研究成果极其令人注目。
以蔗渣、稻草、麦草、玉米秸秆、麻皮/杆、竹子和废纸脱墨为对象的研究表明,草类爆破浆得率高强度好能耗低。
蔗渣爆破浆强度较好,磨浆能耗与化学机械浆(CMP )相当但比化学预热机械浆(CTMP )得多,得绿(%)和白度较低,但漂白性能良好。
蒸煮温度或压力对浆料得率和断裂长影响较大但对撕裂度影响甚小。
非木材浆得率较低的原因,Mamers 等认为是洗涤损失。
Kokta 等对阔叶木、针叶木和它们的混合材进行了爆破浆的大量研究。
试验多数用Na 2SO 3作为主要预木片 药品预浸 CO-AX 喂料器 Stake 蒸煮器药品用量 Na 2SO 3/NaOH8-20/1%预浸温度 60℃预浸时间 12-48 h 蒸煮温度 60℃ 蒸煮时间 1-4 min 后期爆破压力~3Mpa磨浆 洗涤 漂白浸药剂在Stake-tech间歇反应器中进行,温度范围是190-200℃,其中还包括N2加压和半工业化试验。
主要结论归纳如下:爆破浆得率高(90%以上),与常规化学机械浆(CMP/CTMP)比较,强度性能良好,接近KP浆,磨浆能耗更低(减少40-60%),白度和不透明度稍低,但漂白性能良好而且返黄率低。
对于蒸汽爆破浆显著提高纸浆强度并降低磨浆能耗的结论,KOkta 的解释是,用高于木素软化点(153-186)的温度和高压处理木片令其软化后再爆破解离,一方面有利于达到同一游离度时降低能耗,另一方面磨浆能耗降低,切断减少,有助改善浆的质量。
Chaudhuri的研究也支持这个观点。
但是,Law关于黑云杉爆破浆的研究却得出了不同结论:蒸汽爆破后纤维从胞减层分离且无明显损伤,只有在较高的温度(>200℃)和较长的蒸煮时间(9min)下,爆破浆的磨浆能耗和强度性能才有可能显示出优越性。
由此引发了一场关于“黑云杉是否适合爆破制浆”的争论。
Law等人后来的研究又认为,蒸汽爆破处理并不能使纤维分离,纤维束的形成只不过是喷放口和收集槽机械碰撞作用于高度软化木片的结果;与常规化学机械浆比较,爆破浆撕裂度增加,但磨浆能耗并不降低,得率也下降。
Heitner也得到了类似结论,一致否认了爆破浆与常规CMP/CTMP比较能耗大减和质量剧增一说。
Heitner还认为爆破浆磨浆能耗仅是得率的函数,这一点同Kokta认为的磨浆能耗是但不仅是得率的函数的试验结论又相抵触。
争论促进了对蒸汽爆破技术在制浆方面更细致的研究。
人们发现在高温(>200℃)汽蒸过程中,水解速度较磺化速度更快以致很难保持90%以上的高得率;相同得率下,汽爆浆比CMP离子含量低得多,或者说离子含量相当时,爆破浆得率较低。
Heitner和Law甚至还认为,只有当浆中总离子含量达到150-180mmol/kg时,化学处理对CMP和爆破浆浆料性能影响的差别才比较明显;无论是阔叶木还是针叶木,浆中总离子含量越低,磨浆阻力越大。
但是,研究者早已在预浸处理问题上达成一致,从理论上讲,主要预浸药剂Na2SO3既起到抗氧化作用,又磺化木素使纤维表面亲水基团数量增加;添加少量NaOH既有助于木片润胀,又能避免或减轻酸性水解的发生,因此Na2SO3/NaOH的预浸匹配是合理的。
蒸汽爆破技术在制造预水解将和木材综合利用方面受到的重视和起的作用越来越大。
蒸汽爆破技术已经广泛用于动物饲料加工,尤其是草食动物粗饲料的加工。
刘东波等用小鼠对汽爆秸秆的饲用安全性进行测试,通过急性毒性试验、小鼠骨髓细胞微核试验、小鼠骨髓细胞染色体畸变试验和鼠伤寒沙门氏菌营养缺陷回复突变试验证明,秸秆汽爆后安全无毒,可以作为动物饲料,消化率大大提高,汽爆后产生的寡糖糖可以作为动物肠道有益菌双歧杆菌和乳酸杆菌的碳源和生长因子,可促进动物肠道有益菌群的增殖,阻止病原菌定植,刺激免疫反应,增强动物免疫机能,具有益生素的功能。
目前利用蒸汽爆破技术加工动物饲料已经达到工业化。
利用蒸汽爆破技术处理秸秆后,进行同步糖化发酵制备燃料酒精,已经成为目前研究的主要内容之一。
秸秆经过蒸汽爆破之后,其酶解率可达80-90%,比未经汽爆的秸秆酶解率提高了60-70%。
蒸汽爆破法处理木质纤维原料的机理既是研究的重点,又是研究的难点。
植物纤维原料主要是由纤维素、半纤维素和木质素构成。
研究表明,半纤维素在汽蒸过程中迅速水解为低分子酸类碎片,木质素在高温高压下软化并发生一定程度的降解,纤维素则较少降解并保持其结晶性。
稻麦草、蔗渣和杨木爆破浆纤维形态和表面结构的电镜观察认定,纤维在胞间层分离,纤维骨架发生了润胀,并且木素溶后在纤维表面发生凝聚和再分布。
木质素降解主要是由β-O-4醚键的均裂造成的,定量化分析表明,木素结构中60%的β-醚键在汽蒸中发生断裂,其中包括羟基的减少,羰基、α,β-不饱和键和C-C键的形成。
在纤维素超微结构方面,X-射线衍射和核磁共振(NMR)对比研究表明,纤维素结晶度和微细纤维宽度都明显增加,这可能是纤维素分子重新定向排列导致无定形区转化的结果。
上述大多是针对木材,仍然是先用化学药品预处理木片,在进行爆破。
这样,仍然需加入大量化学药品,造成环境污染。
笔者基于秸秆与木材在化学组成和结构差异,提出对秸秆不加任何化学药品的低压汽爆技术。
我们利用汽爆技术开发出了清洁制浆、大麻清洁脱胶、秸秆制备腐植酸和活性低聚木糖等新一系列创新方法,并研制出3 M3和5 M3具快开门口的汽爆罐[6],申请了多项国家发明专利。
由于汽爆过程中不添加任何化学药品,消除了污染源;在汽爆过程中所降解的半纤维素,可使之资源化,生产高附加值的双歧生长因子。
因此,从根本上解决汽爆的污染问题。
大幅度降低了生产成本。
目前无污染汽爆技术在秸秆综合利用、烟草加工、造纸工业、中草药提取和麻纤维清洁脱胶等行业应用前景广阔。
另外,天然固体物料一般是多组分混合或按照一定结构组成物料,也称之固相多组分物料。
包括木质纤维素原料(木材、秸秆)、动物废弃物(废弃羊毛、皮革碎料等)、中草药原料、丝茧、固体垃圾等。