[发明专利]瞬时弹射式汽爆机

说明书

技术领域

本发明涉及一种对有微孔结构的物质进行蒸汽爆破处理的生产设备，为生物质利用、生物化工、发酵酿造、固废处理等行业的关键处理设备。

背景技术

蒸汽爆破(Steam Explosion)的技术本质为：将渗进植物组织内部的蒸汽分子短时间突发性释放完毕，目的是用较少的能量将原料按目的分解。汽爆机是将容器内的原料与高压蒸汽在毫秒级的范围内，以炸散的形式悬在大气空间。这一过程不仅利用了蒸汽的高压势能，更主要的是使蒸汽内能转化为机械能，实现了绝热膨胀做功。由于其作用时间短，能量密度高且作用位置集中，使渗透到纤维素与木质素等大分子之间的水蒸汽分子产生强大的破坏力，可充分的在大分子水平上将物料分解，为后期酶水解等生化处理创造基础条件。

目前的汽爆设备只能称之为热喷放装置，其基本模式是：在一个压力容器底部装置阀门，通过阀门的快速打开实现压力突然释放，产生热喷放效果。这一模式存在的主要问题在于：由于放气截面相对于压力容器容积小很多，并且高压阀门开启速度有限，高压蒸汽的压力释放过程时间长，一般为3～10秒，难以达到毫秒级，无法实现蒸汽绝热膨胀做功，降低了能量密度，使物料分解程度不高。并且当容器容积加大时，阀门无法等比例放大，更拉大了放气截面与容器容积的差距，使压力释放过程愈加延长。因此这种热喷放模式产生不了真正的蒸汽爆碎现象。此外，还有一种通过螺杆连续挤出方式来模拟蒸汽爆碎过程的技术模式，其特点是：固形物或称物料干物质本体受高应力挤压并产生高温，在其出口挤压应力消失后，物料膨化。这种工艺过程不是以汽体渗入植物组织内部的方式充注可爆发的压缩汽体能，并使其在短时间爆炸释放，因此不具备“爆”的条件，也无爆的声音，无法从分子水平上打破原有纤维素大分子晶格。其结果是以巨大的功耗来压缩固体，却未产生纤维素物质预处理的预期效果，对于后期的酶水解帮助不大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术之不足，提供一种利用蒸汽弹射原理完成蒸汽爆破过程的瞬时弹射式汽爆机。由于该汽爆机的爆出通道打开利用了截面差产生的蒸汽弹射压力，这就克服了传统热喷放工艺随处理容积加大而放气时间延长的问题，随着缸体容积加大，截面差也相应增大，使缸体的弹射速度保持一致，为工艺放大奠定了基础。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明包括：外缸体、内缸体、接收仓、框架、拉爆气缸及其控制系统。其中，内缸体套装于外缸体内，上下端设有密封组件，外周安装有导向圈，在拉爆气缸驱动下可沿轴向在外缸体中上下滑动；外缸体安装于接收仓上部，并通过阀门与外接蒸汽管道相通。外缸体、内缸体、接收仓、拉爆气缸及其控制系统均安装于框架内部。外缸体下部安装有上小下大的锥形密封面法兰口，内缸体下部安装有可径向伸缩的弹性密封组件。内缸体周向开适当空洞，以使内缸体内的蒸汽与物料对外爆出。瞬时弹射式汽爆机的工作过程是这样的：

将物料加入到内缸体中后，由拉爆气缸驱动内缸体向上运行到一定位置时，内缸体的上下密封受压面积相等，此时即可打开蒸汽进入阀门，使蒸汽进入内外缸体；当达到预定的压力渗透平衡时间后，关闭蒸汽进入阀门，同时启动拉爆系统，驱动内缸体开始向下运行；当内缸体向下运行瞬间，内缸体的下密封组件沿着外缸体下部的锥形密封面径向弹出，使内缸体向下受压面积扩大，引发内缸体受到向下的蒸汽压力差，从而驱动内缸体高速向下弹射运动，内缸体内的蒸汽与物料通过内缸体周向的空洞对外爆出，实现蒸汽爆破过程。

本发明的优点是：

1、本发明的汽爆放气截面等于容器截面，最大程度实现了爆发突然性。相比热喷放装置中放气时间受制于放气阀门与容器大小比例，本发明的放气时间与容器容积大小无关，在保证汽爆效果不变的前提下为大型汽爆设备打通了技术通道。

2、本发明通过蒸汽压力失稳加速驱动内缸体，所产生的蒸汽弹射作用能量巨大，实现高速驱动内缸体，其驱动力与容器上下受压截面差成正比，使内缸体无论体量质量大小都能快速完成汽爆打开。

3、由于在毫秒级的瞬间内完成爆破，使水蒸汽进行了绝热膨胀做功，将蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间，提高了爆破能量密度，使物料得到充分分解，使得蒸汽保压时间由十几分钟缩短到几十秒，也无需化学药品添加，不仅节约了蒸汽能耗，而且提高了设备的生产能力。

4、本发明由于全部物料爆出过程在瞬间完成，避免了热喷放装置中第一秒与第十秒喷出物料的生熟程度不同的问题，即“前熟后生”问题，为后续处理提供了生化特性高度统一的预处理物料。满足了工业化生产中工艺一致性要求。