[發明專利]瞬時彈射式汽爆機

有效

• 申請號: 201410714138.8
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN105642188B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 于政道;張百良;于富強;劉翠紅
• 申請（專利權）人: 于政道
• 主分類號: B01J3/00
• 分類號: B01J3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種對有微孔結構的物質進行蒸汽爆破處理的生產設備，為生物質利用、生物化工、發酵釀造、固廢處理等行業的關鍵處理設備。

背景技術

蒸汽爆破(Steam Explosion)的技術本質為：將滲進植物組織內部的蒸汽分子短時間突發性釋放完畢，目的是用較少的能量將原料按目的分解。汽爆機是將容器內的原料與高壓蒸汽在毫秒級的范圍內，以炸散的形式懸在大氣空間。這一過程不僅利用了蒸汽的高壓勢能，更主要的是使蒸汽內能轉化為機械能，實現了絕熱膨脹做功。由于其作用時間短，能量密度高且作用位置集中，使滲透到纖維素與木質素等大分子之間的水蒸汽分子產生強大的破壞力，可充分的在大分子水平上將物料分解，為后期酶水解等生化處理創造基礎條件。

目前的汽爆設備只能稱之為熱噴放裝置，其基本模式是：在一個壓力容器底部裝置閥門，通過閥門的快速打開實現壓力突然釋放，產生熱噴放效果。這一模式存在的主要問題在于：由于放氣截面相對于壓力容器容積小很多，并且高壓閥門開啟速度有限，高壓蒸汽的壓力釋放過程時間長，一般為3～10秒，難以達到毫秒級，無法實現蒸汽絕熱膨脹做功，降低了能量密度，使物料分解程度不高。并且當容器容積加大時，閥門無法等比例放大，更拉大了放氣截面與容器容積的差距，使壓力釋放過程愈加延長。因此這種熱噴放模式產生不了真正的蒸汽爆碎現象。此外，還有一種通過螺桿連續擠出方式來模擬蒸汽爆碎過程的技術模式，其特點是：固形物或稱物料干物質本體受高應力擠壓并產生高溫，在其出口擠壓應力消失后，物料膨化。這種工藝過程不是以汽體滲入植物組織內部的方式充注可爆發的壓縮汽體能，并使其在短時間爆炸釋放，因此不具備“爆”的條件，也無爆的聲音，無法從分子水平上打破原有纖維素大分子晶格。其結果是以巨大的功耗來壓縮固體，卻未產生纖維素物質預處理的預期效果，對于后期的酶水解幫助不大。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術之不足，提供一種利用蒸汽彈射原理完成蒸汽爆破過程的瞬時彈射式汽爆機。由于該汽爆機的爆出通道打開利用了截面差產生的蒸汽彈射壓力，這就克服了傳統熱噴放工藝隨處理容積加大而放氣時間延長的問題，隨著缸體容積加大，截面差也相應增大，使缸體的彈射速度保持一致，為工藝放大奠定了基礎。

本發明的目的是通過以下方式實現的：

本發明包括：外缸體、內缸體、接收倉、框架、拉爆氣缸及其控制系統。其中，內缸體套裝于外缸體內，上下端設有密封組件，外周安裝有導向圈，在拉爆氣缸驅動下可沿軸向在外缸體中上下滑動；外缸體安裝于接收倉上部，并通過閥門與外接蒸汽管道相通。外缸體、內缸體、接收倉、拉爆氣缸及其控制系統均安裝于框架內部。外缸體下部安裝有上小下大的錐形密封面法蘭口，內缸體下部安裝有可徑向伸縮的彈性密封組件。內缸體周向開適當空洞，以使內缸體內的蒸汽與物料對外爆出。瞬時彈射式汽爆機的工作過程是這樣的：

將物料加入到內缸體中后，由拉爆氣缸驅動內缸體向上運行到一定位置時，內缸體的上下密封受壓面積相等，此時即可打開蒸汽進入閥門，使蒸汽進入內外缸體；當達到預定的壓力滲透平衡時間后，關閉蒸汽進入閥門，同時啟動拉爆系統，驅動內缸體開始向下運行；當內缸體向下運行瞬間，內缸體的下密封組件沿著外缸體下部的錐形密封面徑向彈出，使內缸體向下受壓面積擴大，引發內缸體受到向下的蒸汽壓力差，從而驅動內缸體高速向下彈射運動，內缸體內的蒸汽與物料通過內缸體周向的空洞對外爆出，實現蒸汽爆破過程。

本發明的優點是：

1、本發明的汽爆放氣截面等于容器截面，最大程度實現了爆發突然性。相比熱噴放裝置中放氣時間受制于放氣閥門與容器大小比例，本發明的放氣時間與容器容積大小無關，在保證汽爆效果不變的前提下為大型汽爆設備打通了技術通道。

2、本發明通過蒸汽壓力失穩加速驅動內缸體，所產生的蒸汽彈射作用能量巨大，實現高速驅動內缸體，其驅動力與容器上下受壓截面差成正比，使內缸體無論體量質量大小都能快速完成汽爆打開。

3、由于在毫秒級的瞬間內完成爆破，使水蒸汽進行了絕熱膨脹做功，將蒸汽內能轉化為機械能并作用于生物質組織細胞層間，提高了爆破能量密度，使物料得到充分分解，使得蒸汽保壓時間由十幾分鐘縮短到幾十秒，也無需化學藥品添加，不僅節約了蒸汽能耗，而且提高了設備的生產能力。

4、本發明由于全部物料爆出過程在瞬間完成，避免了熱噴放裝置中第一秒與第十秒噴出物料的生熟程度不同的問題，即“前熟后生”問題，為后續處理提供了生化特性高度統一的預處理物料。滿足了工業化生產中工藝一致性要求。