微波—蒸汽爆破聯(lián)合預(yù)處理玉米秸稈的研究

【摘要】： 生物質(zhì)能源是廣受人們關(guān)注的一種可再生能源,而生物質(zhì)能源利用的關(guān)鍵之一在于預(yù)處理階段。本文將微波和蒸汽爆破同步聯(lián)合起來對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,充分發(fā)揮微波預(yù)處理技術(shù)的高效性、能夠去除部分木質(zhì)素的特點(diǎn)和蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)處理效果好的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)、制造并安裝了一套微波-蒸汽爆破預(yù)處理裝置。通過正交試驗(yàn)、對(duì)比試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)對(duì)玉米秸稈的處理效果進(jìn)行了相關(guān)的研究。 研究結(jié)果表明,微波-蒸汽爆破聯(lián)合預(yù)處理玉米秸稈是可行的,該套裝置具有安全可靠、操作簡單、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)處理效果的影響因素順序依次為微波輻射時(shí)間、爆破壓力、輻射功率、含水量、秸稈長度和維壓時(shí)間。微波-蒸汽爆破聯(lián)合預(yù)處理具有微波預(yù)處理和蒸汽爆破預(yù)處理的優(yōu)勢(shì),能夠更多的去除半纖維素和木質(zhì)素,相對(duì)微波預(yù)處理半纖維素減少了5%,木質(zhì)素減少了2%;相對(duì)蒸汽爆破預(yù)處理半纖維素減少了3%,木質(zhì)素減少了4%。但這種聯(lián)合方法并不能降低秸稈的總體相對(duì)結(jié)晶度,反而有所增加,相對(duì)于微波預(yù)處理結(jié)晶度增加了9%,相對(duì)于蒸汽爆破預(yù)處理結(jié)晶度降低了1%。 爆破壓力對(duì)預(yù)處理效果影響較大,纖維素結(jié)晶度隨著爆破壓力的升高而增大,同時(shí)微晶尺寸的增大有利于酶解反應(yīng)的進(jìn)行。副產(chǎn)物隨著爆破壓力的升高逐漸增加,當(dāng)爆破壓力低于2.0MPa時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物較少,當(dāng)爆破壓力高于2.0MPa時(shí),副產(chǎn)物急劇增加。纖維素酶解率隨著爆破壓力的升高逐漸增加,在2.0MPa與2.3MPa時(shí)相當(dāng),分別為89%和88%。 從副產(chǎn)物的影響以及纖維素酶解率來看,最佳的預(yù)處理?xiàng)l件為秸稈長度為2～3cm、爆破壓力為2.0MPa、維壓時(shí)間為15min、微波輻射功率為470～500W、微波輻射時(shí)間為3min、含水量為20%。在這個(gè)條件下纖維素酶解率達(dá)到89%,比單獨(dú)微波預(yù)處理提高了24%,比單獨(dú)的蒸汽爆破預(yù)處理提高了19%。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 預(yù)處理 微波 蒸汽爆破 酶解率 副產(chǎn)物
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：S216.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-20
• 1.1 課題背景8-10
• 1.1.1 生物質(zhì)能源現(xiàn)狀8-10
• 1.1.2 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化存在的問題10
• 1.2 生物質(zhì)秸稈預(yù)處理方法研究現(xiàn)狀10-19
• 1.2.1 生物質(zhì)秸稈預(yù)處理的必要性10-13
• 1.2.2 預(yù)處理的方法13-18
• 1.2.3 各種預(yù)處理方法對(duì)比18-19
• 1.3 本課題的研究意義、研究目標(biāo)及研究內(nèi)容19-20
• 1.3.1 本課題的研究意義及研究目標(biāo)19
• 1.3.2 本課題的研究內(nèi)容19-20
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)20-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹20-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖20-21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖21
• 2.1.3 微波-蒸汽爆破工藝流程21-22
• 2.1.4 主要實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備參數(shù)22-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)26-37
• 2.2.1 蒸汽-爆破反應(yīng)器設(shè)計(jì)26-32
• 2.2.2 物料接收罐設(shè)計(jì)32-36
• 2.2.3 管路及平臺(tái)設(shè)計(jì)36
• 2.2.4 壓力容器使用登記36-37
• 第三章 試驗(yàn)材料及方法37-46
• 3.1 試驗(yàn)材料37-39
• 3.1.1 試驗(yàn)主要原料37
• 3.1.2 試驗(yàn)主要試劑37-38
• 3.1.3 試驗(yàn)主要儀器設(shè)備38-39
• 3.2 試驗(yàn)方法39-44
• 3.2.1 試驗(yàn)影響因素的確定39-40
• 3.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)40-41
• 3.2.3 對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)41
• 3.2.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)41
• 3.2.5 試驗(yàn)樣品的檢測(cè)程序41-43
• 3.2.6 預(yù)處理效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)43-44
• 3.3 試驗(yàn)過程44-46
• 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論46-63
• 4.1 正交試驗(yàn)分析46-51
• 4.1.1 最優(yōu)條件的確定46-48
• 4.1.2 葡萄糖得量隨各因素的變化趨勢(shì)48-49
• 4.1.3 預(yù)處理前后秸稈原料的形態(tài)變化49-51
• 4.2 對(duì)比試驗(yàn)分析51-58
• 4.2.1 三種預(yù)處理方法對(duì)秸稈原料組分的影響52-53
• 4.2.2 三種預(yù)處理方法秸稈原料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征53-55
• 4.2.3 三種預(yù)處理方法液體中副產(chǎn)物分析55-56
• 4.2.4 三種預(yù)處理方法對(duì)纖維素酶解率的影響56-58
• 4.3 單因素試驗(yàn)分析58-61
• 4.3.1 爆破壓力對(duì)秸稈原料組分的影響58-59
• 4.3.2 爆破壓力對(duì)秸稈原料的結(jié)晶度的影響59
• 4.3.3 爆破壓力對(duì)液體中副產(chǎn)物的影響59-60
• 4.3.4 爆破壓力對(duì)纖維素酶解率的影響60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 結(jié)論及建議63-65
• 5.1 結(jié)論63-64
• 5.2 建議64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明69-70
• 附錄70-75
• 致謝75

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