求生物質壓縮成型原理關鍵詞？？

植物質原料中含有纖維素、半纖維素、木素、樹脂和蠟等物質。一般在闊葉木、針葉木中，木素含量為27—32%(絕干原料)、禾草類中含量為14—25%?，F(xiàn)在知道木質素是具有芳香族特性的結構，單體為苯基丙烷型的立體結構高分子化合物，不同種類的植物質都含有木質素，而其組成、結構不完全一樣。在常溫下木質素主要部分不溶于有機溶劑，它屬于非晶體，沒有熔點但有軟化點，當溫度為70～110℃時軟化具有粘性。當溫度到達200～300℃時成熔融狀，粘性高，此時加以一定的壓力使植物質各部分粘結在模具內成型。對植物質原料加熱軟化，也利于減少成型的擠壓力。燃料可按用戶要求，使用不同規(guī)格的模具，制成多種規(guī)格尺寸的成型燃料品。因此現(xiàn)代的壓縮成型設備，尤其是生物質成型塊較大的機械，多在成型模的末端，用電阻絲加熱，達到既成型又減少阻力的目的。 由于植物生理方面的原因，生物質原料的結構通常都比較疏松，密度較小。這些質地松散的生物質原料在受到一定的外部壓力后，原料顆粒先后經(jīng)歷重新排列位置關系、顆粒機械變形和塑性流變等階段(圖4-1)，

體積大幅度減小，密度顯著增大。由于非彈性或粘彈性的纖維分子之間的相互纏繞和絞合，在去除外部壓力后，一般不能再恢復原來的結構形狀。對于木質素等粘彈性組分含量較高的原料，如果在成型溫度達到木質素的軟化點，則木質素就會發(fā)生塑性變形，從而將原料纖維緊密地粘結在一起，并維持既定的形狀，成型燃料塊經(jīng)冷卻降溫后，強度增大，即可得到燃燒性能類似于木材的生物質成型燃燒塊；對于木質素含量較低的原料，在壓縮成型過程中，加入少量的諸如粘土、淀粉、廢紙漿等無機、有機和纖維類粘結劑，也可以使壓縮后的成型塊維持致密的結構和既定的形狀。因為這些粘結劑加入后，生物質粒子表面會形成一種吸附層，使顆粒之間產(chǎn)生一種引力(即范德瓦爾斯力)，同時在較小外力作用下粒子之間也可產(chǎn)生靜電引力(Electrostatic forces)致使生物質粒子間形成連鎖(Interlocking)結構。被粉碎了生物質粒子在外壓力和粘結劑作用下，重新組合成具有一定形狀的生物質成型塊，這種成型方法需要的壓力比較小。對于某些容易成型的材料則不必加熱，也不必加粘結劑，但在粉碎顆粒需要細小，成型壓力需要大，滾筒擠壓式小顆粒成型實際就是這種類型。 由上面分析可以看出，生物質材料對固化(Solidification)形成是有很大影響的，如粉碎材料的流動性、生物質顆粒尺寸、生物質類型、含水率等。 生物質壓縮成型工藝流程。 一般工藝流程如框圖： 圖生物質壓縮成型工藝流程圖 ①生物質收集是十分重要的工序。在工廠化加工的條件下要考慮三個問題。一是加工廠的服務半徑，二是農(nóng)戶供給加工廠原料的形式，是整體式，還是初加工包裝式，三是原料的枯萎度，也就是原料在田間經(jīng)風吹、日曬、自然狀態(tài)脫水程度。如果不是機械收割、打捆，易枯萎度大點好。另外要特別注意收集過程中盡可能少夾帶泥土，泥土多了，容易造成燃燒時結渣。機械化收集可解決這一問題。 ②粉碎程度 一般高壓設備(1000～1500bar)的顆粒可以適當大些，10mm左右為好，中、低壓應小些，但螺旋式不能小于2mm。否則要影響密度和生產(chǎn)率。若是成型飼料，粉碎應改成揉搓。即要保證桔桿有30mm長的纖維，寬度2mm左右就可以了。密度應適當降低，一般在0.6T/M3左右，這樣既使于運輸，又便于喂入時使用。 ③脫水程序 成型(燃料或飼料)中水分含量很重要，國內外使用的都是經(jīng)驗數(shù)據(jù)，不是理論計算數(shù)據(jù)。水分含量超過經(jīng)驗上限值時，加工過程中，溫度升高，體積突然膨脹，易產(chǎn)生爆炸，造成事故；若水分含量過低，會使“范德結瓦爾斯引力”(Van der Wall's forces)降低，以致使成型成為問題。因此生物質原料粉碎后，要有一個脫水程序。最佳濕度在10～15%，但活塞式成型機因其加工過程是間斷式的，因此可以適當高些，16～20%。 ④予壓程序 是為了提高生產(chǎn)率，即在推進器“進刀”前先把松散的物質予壓一下，然后推到成型模前，被主推進器推到“模子”中壓縮成型。予壓多采用螺旋推進器、液壓推進器，也有用手工予壓的，這與要求的產(chǎn)量有關，生產(chǎn)單位可以自主選擇。 ⑤壓縮程序 “成型模”是生物質成型的關鍵部件，它的內壁是前大后小的錐型，物科進入模具后要受三種力，即機器主推力F1，摩擦力F2，模具壁的向心反作用壓力F3，影響F1大小的是F2和密度、直徑等，影響F2大小的是夾角α和模具溫度，角α越大，F(xiàn)2越大，密度也要加大，動力也要加大，因而夾角α設計是關鍵因素，它隨著直徑和密度、材料種類有不同的要求。為了便于調整“模子”，設計有“內模”和“外模”，外模是不變的，“內模”是可以調換的，α角的確定需經(jīng)過試驗，一般從3°開始，用插入辦法調試。 加熱溫度 生物質原料壓縮成型過程中的加熱，一方面可使原料中含有的木質素軟化，起到粘結劑的作用；另一方面還可使原料本身變軟，容易壓縮。除此之外，加熱溫度，對成型機的工作效率也產(chǎn)生影響。對于棒狀燃料成型機，當機器的結構尺寸確定后，加熱溫度就應該調整到一個合理的范圍。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加；溫度增高，電機功耗減小，但成型壓力減小，成型物擠壓不實，密度變小，容易斷裂破損。該機型的加熱溫度一般調整在150～300℃之間，使用者需根據(jù)原料的形態(tài)進行調整。顆粒燃料成型雖然沒有外熱源加熱，但在成型過程中，原料和機器工作部件之間的摩擦作用也可以將原料加熱到100℃左右，同樣可使原料所含木質素軟化，起到粘結作用。 模具溫度采用電阻絲來控制，應先予熱后開機。也有不加熱的，例如用螺旋擠壓式時，只要動力設計的足夠大，錐角α比較大，就可以產(chǎn)生較大的摩擦力，產(chǎn)生的摩擦熱完全可以供成型使用，但這種方法會增大動力消耗，增大螺旋頭和模具摩損，一般在30～50小時就要更換螺旋頭。如果使用這種高壓方式，易先進行經(jīng)濟核算，然后再設計。 ⑥粘結劑程序 添加劑加入有兩種目的，一種是增加壓塊的熱值，同時增加粘結力，例如加入10～20%的煤或碳粉，就可以達到目的，但加入時一定注意均勻度，防止因比重不同造成不均勻聚結；另一種是純增加粘結力，減少動力輸入，這要求生物質顆粒要小，便于粘結劑均勻接觸。一般都在予壓前輸送過程中加入，便于攪拌。 ⑦保型程序 是在生物質成型以后的一段套筒內進行的，其內徑略大于壓縮成型的最小部位直徑，以便使已成型的生物質消除部分應力，隨著溫度的降低，使形狀固定下來。保型套筒的端部有開口，用以調整保型筒的保型能力，如果保型筒大于成型筒直徑過多，生物質會迅速膨脹，容易裂紋，過小了，應力得不到消除，出口后還會因溫度突然下降，發(fā)生崩裂或粉碎。

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