燃料乙醇生产用玉米秸秆等超大量湿法粉碎技术研究

论文摘要

植物秸秆的超火量湿法粉碎是燃料乙醇工业化大生产预处理过程中的关键环节。本论文从植物秸秆湿法超大量粉碎机理和纤维质超细粉碎的试验装置等方面对植物秸秆的性状及其破碎机理,超速高剪切粉碎机理、粉碎腔内的物料流场状态作了细致的分析探讨。首先,分析植物秸秆纤维组织结构、对其形态参数和力学性能进行研究,根据海姆霍兹速度分解定理建立植物秸秆纤维流体微团运动,分析植物秸秆纤维超细粉碎断裂机理,得出植物秸秆纤维超细粉碎最有效的粉碎方式为剪切粉碎方式。其次,采用超剪切粉碎装备对两种具有代表性的植物秸秆进行了粉碎试验,试验结果表明,通过超剪切粉碎装备湿法预处理的植物秸秆物料的粉碎细度效果理想,对木质素的包裹也有明显的破坏作用,更加有利于酶的作用和减少了预处理阶段的成本。最后,研究植物纤维湿法超细粉碎设备关键结构的数学建模和粉碎腔内流场的计算机模拟。研究了剪切粉碎机理、涡流运动、湍流域的相关特性参数以及相关结构对粉碎效果的影响,根据计算机模拟的参数和结构改良,得出植物秸秆在超人量状态下的设备结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 世界能源供需现状
• 1.1.2 中国能源供需现状
• 1.1.3 能源与环境的关系
• 1.1.4 生物质能源利用技术
• 1.2 本课题研究目的和意义
• 1.2.1 国外燃料乙醇生产现状
• 1.2.2 国内燃料乙醇工业现状及其存在的问题
• 1.2.3 本课题研究的目的和意义
• 1.3 本课题研究的主要方向
• 1.3.1 植物秸秆超大量湿法粉碎机理研究
• 1.3.2 粉碎腔内物料超大量剪切流场模拟分析
• 1.3.3 植物秸秆超大量粉碎装备试验研究
• 第二章 纤维类物料物性及其粉碎设备对比研究
• 2.1 目的和意义
• 2.2 燃料乙醇湿法生产工艺流程
• 2.3 纤维类物料湿法粉碎机理研究
• 2.3.1 结构及理化性质
• 2.3.2 纤维流体微团运动
• 2.3.3 纤维粉碎断裂方式
• 2.3.4 秸秆纤维湿法超细粉碎有效方式
• 2.3.5 湿法粉碎机理研究
• 2.4 纤维类物料湿法粉碎设备对比性研究
• 2.4.1 燃料乙醇原料湿法粉碎盘磨机的应用性能
• 2.4.2 燃料乙醇原料湿法粉碎砂磨机的应用性能
• 2.4.3 燃料乙醇原料湿法粉碎胶体磨的应用性能
• 2.4.4 燃料乙醇原料湿法粉碎高剪切式粉碎机的应用性能
• 2.5 本章结论
• 第三章 燃料乙醇用秸秆超大流量湿法粉碎机理研究
• 3.1 超大量湿法粉碎粉碎腔流场分析
• 3.2 纤维类物料粉碎机理分析
• 3.3 湍流能量耗散率与剪切率
• 3.3.1 幂律流体层流流动
• 3.3.2 幂律流体湍流流动
• 3.4 本章结论
• 第四章 植物秸秆湿法粉碎试验研究
• 4.1 湿法粉碎对酒精得率提高的影响
• 4.1.1 材料与方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.3 结论
• 4.2 秸秆湿法粉碎的粉碎效果对比性研究
• 4.2.1 秸秆粉碎概述
• 4.2.2 纤维质燃料乙醇湿法生产工艺流程
• 4.2.3 影响纤维质燃料乙醇连续发酵的主要因素
• 4.2.4 材料与方法
• 4.2.5 实验结果与分析
• 4.3 设备相关参数对粉碎效果的影响实验研究
• 4.3.1 材料与仪器
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 试验结论
• 4.4 本章结论
• 第五章 植物秸秆粉碎设备的优化设计研究
• 5.1 剪切式均质粉碎机的工程相似放大
• 5.2 超大量剪切式粉碎机内部流场数学建模
• 5.2.1 周向流场的建模与分析
• 5.2.2 径向流场的建模与分析
• 5.3 数值模拟
• 5.3.1 物理模型
• 5.3.2 计算参数的选取
• 5.4 设备结构的模拟结果与分析
• 5.4.1 吸入流场的产生
• 5.4.2 周向流场解析
• 5.4.3 径向流场解析
• 5.5 本章结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录二：主要符号表