球磨处理玉米秸秆纤维素原料的工艺参数优化

研究了玉米秸秆水解过程中球磨预处理工艺的优化,采用Plackett-Burman(PB)试验设计和均匀试验设计法,用数据处理软件对试验结果进行分析,筛选出了球磨预处理过程中的主要影响因素,得到了具有较好拟合度的同归方程;通过分折原料粒径(mm),转速(r/min),原料填装量(g),研磨介质,交替时间(min)等球磨条件对酶解效率的影响,得出行星式球磨机粉碎玉米秸秆的最佳工艺参数为:原料粒径0.5 mm,转速340 r/min,原料填装量3.4 g,装球量15个(φ=10.0mm),交替运行时间5min.     

小麦秸秆纤维素均相醚化制备羧甲基纤维素工艺优化

为了利用小麦秸秆通过均相反应制备羧甲基纤维素(CMC,carboxymethyl cellulose),采用氢氧化钠和过氧化氢回流加热法制备小麦秸秆纤维素。以加入氧化锌的氢氧化钠/尿素/硫脲体系为溶剂,采用冻融循环法溶解小麦秸秆纤维素,利用正交试验获得了该溶解体系的最佳组成。在溶解了小麦秸秆纤维素的氢氧化钠/尿素/硫脲/氧化锌的体系中,以氯乙酸钠为醚化剂制备CMC,并对其进行红外光谱分析和取代度(degree of substitution,DS)测定。结果表明:在固液比为1∶20 g/mL,质量分数为10%NaOH,反应温度为85℃,回流3.5 h和固液比为1∶30 g/m L,质量分数为3%H_2O_2,反应温度为85℃,回流3 h处理小麦秸秆,纤维素提取率最高为84.61%,同时能较好的脱除半纤维素和木质素;最佳溶解体系为:质量分数为7%NaOH,11%硫脲,5%尿素,0.05%氧化锌,0℃时,最大溶解度为2.880 1 g。红外光谱试验表明小麦秸秆纤维素与微晶纤维素特征吸收峰基本一致,醚化反应生成的CMC与商品CMC的特征吸收峰基本一致。CMC的取代度受纤维素用量、温度和氯乙酸钠与纤维素葡萄糖单元(AGU,anhydroglucose unit)的摩尔比影响,随纤维素用量和氯乙酸钠与纤维素AGU的摩尔比增大而提高,随醚化温度的增加先增大(55℃)后降低。研究结果为以小麦秸秆为原料,经NaOH和H_2O_2处理获得纤维素,溶解在加入氧化锌的氢氧化钠/尿素/硫脲体系中,与氯乙酸钠经过均相醚化反应合成取代度较高的CMC提供参考。     

用于地膜原料的大豆秸秆粉碎预处理工艺参数优化

为了满足植物纤维制取机对大豆秸秆原料长度的要求,采用改进的揉切式粉碎机对大豆秸秆进行预处理,选取揉切机的主轴转速、喂入量以及秸秆的含水率为试验因素,以大豆秸秆粉碎长度为响应函数,对大豆秸秆原料的预处理工艺参数进行了组合试验研究。结果表明:1)各因素对于秸秆粉碎长度影响的贡献率从高到低排序为主轴转速、含水率和喂入量;2)预处理工艺的最优参数组合为喂入量168 kg/h、大豆秸秆含水率处于36%~58%、揉切机主轴转速处于1 100~1 300 r/min。在此工艺参数条件下,大豆秸秆粉碎长度分布符合植物纤维制取机所要求的70~85 mm的理想范围。研究结果为完善植物纤维地膜制造工艺体系提供了参考。     

小麦秸秆纤维地膜原料打浆工艺参数优化

为探索打浆工艺参数对小麦秸秆纤维地膜原料打浆后的浆料性能的影响,试验研究了工艺参数优化组合,阐明了主要影响因素的影响规律。该研究以浸泡水温、浸泡时间、打浆时间、打浆负荷、浆池水量为试验因素,以干抗张指数、打浆度和浆料纤维长度为性能指标,采用五因素五水平（1/2实施）二次回归正交旋转中心组合设计参数优化试验,得到了小麦秸秆纤维地膜原料最优打浆工艺参数组合。结果表明：工艺参数组合为浸泡水温63 ℃、浸泡时间2 h、浆池水量13.50 L、打浆负荷4.57～5.50 kg和打浆时间0.25～0.68 h时,小麦秸秆纤维地膜浆料的干抗张指数大于5 N·m/g、打浆度小于50°SR,浆料纤维长度大于0.9 mm,在此条件下加工的浆料可以制造出小麦秸秆纤维基植物纤维地膜,其可满足水、旱田覆盖栽培作物技术要求。研究结果可为小麦秸秆制备全降解植物纤维地膜提供理论依据和技术支撑。     

沼液预处理玉米秸秆产沼气工艺参数优化

沼液作为厌氧发酵的废弃物处理存在困难,但沼液可以对秸秆类原料进行预处理,为沼液的综合利用提供可能。为优化沼液预处理玉米秸秆的条件,提高玉米秸秆厌氧消化产气量,该文以沼液预处理前后的纤维素、半纤维素、木质素含量以及产气量为指标,根据CCD(centralcompositedesign)试验设计原理,选取沼液添加比例、温度和时间为因素,建立三者之间的模型。试验结果表明:随着预处理TS(total solid)的降低,时间的延长,木质纤维素的降解率越高,而温度在30℃时木质纤维素的降解率达到最大。从产气量来看木质纤维素降解率并不是越高越好,过分的追求木质纤维素的降解会对产气量产生影响,经过响应面法优化产气量后得出最佳的预处理工艺为:沼液添加比例19.08%、预处理温度(30±1)℃、预处理时间为5 d,总产气量可提高30.76%。     

玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化

为提高玉米秸秆厌氧消化性能,该文采用碱液、酸液、沼液等方法对玉米秸秆进行预处理,比较不同预处理方式对秸秆成分、含量以及厌氧消化能力的影响。试验结果表明,经超声波辅助碱预处理后,秸秆的木质素和半纤维素总含量显著降低,产气量显著提高。基于Box-Behnken(BBK)试验设计,选择碱液预处理的固固比(Na OH/秸秆,下同)、预处理温度、预处理时间为试验因素,结合响应面分析法对碱液预处理条件进行响应面优化,结果表明,最佳玉米秸秆预处理条件为固固比22.4%,预处理温度37.9℃,预处理时间39.7 h,在此条件下还原糖产量的试验值为738.6 mg/g,沼气累积产量的试验值为661 m L/g,试验值与预测值误差不到0.5%,证明了响应面优化法的准确性和可行性。     

玉米秸秆厌氧产氢工艺参数优化

为解决玉米秸秆结构致密导致秸秆发酵难于直接降解的问题,首先分别采用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的HCl溶液对其进行预处理,以厌氧活性污泥为接种物进行中温(38℃)发酵产氢试验。结果表明,玉米秸秆的累积产氢量和产氢速率随着盐酸质量分数的增大先增加后降低,0.6%HCl处理效果最佳,单位累积产氢量和产氢速率分别为87.90 m L/g和3.05 m L/(g·h)。再以0.6%HCl溶液预处理的玉米秸秆为底物进行发酵产氢的单因素和正交试验,研究了秸秆粒径、底物浓度、初始p H值对玉米秸秆厌氧发酵产氢过程的影响。结果表明:玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;适度增加底物浓度可增加产氢量;适宜的发酵初始p H值有利于产氢细菌的生长繁殖;得到较佳的工艺参数组合为秸秆粒径150μm、底物浓度15 g/L、初始p H值为7,此时累积产氢量为112.87 m L/g。     

可降解地膜原料大豆秸秆纤维的制备工艺及参数优化

为了解决秸秆和塑料地膜带来的环境污染问题,高值化利用秸秆资源。该研究采用二次正交旋转中心组合试验方法,探索运用物理方法制取清洁、高强度、高得率的可生物降解地膜原料-大豆秸秆纤维的可行性,寻求物料特性和工作参数对制取大豆秸秆纤维的影响规律和最优工艺参数组合。分别选取大豆秸秆长度、浸泡时间、加工温度、主轴转速和喂入量为影响因素,纤维得率、纤维长宽比及抗张强度为响应函数,应用Design-expert6.0.10软件设计方案与数据分析。试验结果表明:当参数组合为秸秆长度7cm、浸泡时间24h、喂入量27g/min、工作温度80～85℃、转速110～120r/min时,制得的大豆秸秆纤维得率大于80%、干抗张强度大于7N、长宽比大于5;各因素对纤维得率贡献率的主次关系为:浸泡时间>主轴转速>喂入量>秸秆长度>加工温度,各因素对干抗张强度贡献率的主次关系为:秸秆长度>加工温度>喂入量>浸泡时间>主轴转速,各因素对纤维长宽比贡献率的主次关系为:喂入量>秸秆长度>加工温度>浸泡时间>主轴转速。为利用大豆秸秆制备可降解地膜提供理论依据和技术支撑。     

常压温和条件下丙酸预处理小麦秸秆的工艺优化

为了提高小麦秸秆木质纤维素的能源化利用效率,该文研究了常压温和条件下丙酸预处理小麦秸秆的工艺优化。该方法的最佳工艺条件为：料液比1∶16、粒度40目、丙酸质量浓度900 g/L、催化剂质量浓度3 g/L、温度70℃,处理时间150 min。在此条件下,小麦秸秆的纤维素保留率为92.6%,半纤维素和木质素的脱除率分别为98.3%和70.5%。丙酸预处理后小麦秸秆的酶解得率90.3%。研究表明,在常压温和条件下,丙酸法预处理小麦秸秆,可有效地将其分离为纤维素、半纤维素、木质素3大组分。     

玉米秸秆和木屑及木钠混配成型工艺参数优化

为了研究玉米秸秆与木屑及木钠的混配成型特性,该文采用5因素的响应面中心组合设计,在WD-100KE型电子压力机上进行单颗粒压缩试验,研究了成型参数木屑质量分数(0~40)、木钠质量分数(2%~10%)、温度(40~160℃)、水分(4%~20%)、压力(1~9 k N)对成型指标松弛密度、比能耗、径向最大抗压力的影响。通过对试验数据的回归,建立了响应面模型,分析了参数间的交互作用,获得了较佳的成型参数,并进行了试验验证。结果表明:温度和水分、水分和压力对比能耗起显著交互作用;木钠质量分数和温度、温度和水分、水分和压力对径向最大抗压力起显著交互作用。较佳的参数为:木屑质量分数10.15%,木钠质量分数8%,温度95.83℃,水分15.83%,压力3 k N,验证试验参数修正为:木屑质量分数10%,木钠质量分数8%,温度96℃,水分16%,压力3 k N,响应指标结果为:松弛密度1 054 kg/m3、比能耗8.02 k J/kg、径向最大抗压力685N,与预测值误差值在8%以内,可为相关生产提供理论参考。     

化学与生物预处理对玉米秸生物气产量影响的初步比较研究

为实现玉米秸的高效能源化转化，提出通过生物与化学预处理提高厌氧消化效率和生物气产量的新方法。研究了经白腐真菌Pleurotus florida生物处理和经氢氧化钠、氨水与尿素化学处理后，玉米秸主要成份木质素、纤维素、半纤维素、总氮和干物质等的变化规律，及其对生物气产量的影响。对经不同处理后的玉米秸进行了相应厌氧消化试验。结果显示，除尿素处理外，所有其它处理都可不同程度地提高玉米秸的产气量；其中，经氢氧化钠处理的获得了最高的产气量，与未处理和经生物处理的玉米秸相比，其产气量分别提高了78.3%和13.2%。由于化学处理方法简单、管理容易、处理时间短，并可获得较高的产气量，因此，在大规模应用时，推荐使用氢氧化钠作预处理（添加量为干物质质量的8%）。该研究结果为大幅提高玉米秸的产气量提供了一个新的有效的方法。     

玉米芯碱液预处理条件优化

该文对木质纤维素原料玉米芯碱液预处理条件进行了优化,以去除木质素,提高半纤维素、纤维素的酶解得率为目的。采用单因素多水平和正交试验方法得到最优预处理条件为：预处理时间12 h,温度70℃,液固比23︰1,反应液中各物质质量分数为氨水2.5%、过氧化氢 0.6%、硅酸钠5%、硫酸镁0.05%。在此最优条件下,玉米芯残渣得率为59.74%、半纤维素保留率为56.60%、纤维素的保留率为86.20%、木质素的保留率为11.83%。残渣经分步酶解（木聚糖酶和纤维素酶）,半纤维素、纤维素、总的酶解得率分别为41.36%、88.09%、69.21%,比未经预处理的玉米芯酶解得率分别提高了39.18%、40.89%、44.88%。结果表明,酶解得率与半纤维素的损失、木质素的去除有直接相关性。     

响应面法优化玉米秸秆蒸汽爆破预处理条件

在木质纤维素利用研究领域,高浓度还原糖的获得是实现其能源转化的基础。基于Box-Behnken试验设计,选取维压时间、蒸汽压强和碳酸氢铵浓度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了玉米秸秆蒸汽爆破预处理的工艺条件,并建立了工艺数学模型。结果表明：最佳蒸汽爆破预处理条件维压时间227?s,蒸汽压强3.08?MPa,碳酸氢铵2.11%。爆破后的物料经48?h糖化,还原总糖浓度达到60.04?g/L,糖化率达到理论值（71.7%）的83.7%,并验证了数学模型的有效性。试验结果表明蒸汽爆破预处理可以有效提高还原糖浓度。     

不同NaOH/球磨复合预处理对玉米秸秆酶解效果的影响

农作物秸秆的生物转化是木质纤维类生物质能源化利用的重要手段之一。为了探究室温条件下不同机械化学复合预处理对玉米秸秆酶解效果的影响,该研究以玉米秸秆为研究对象,以单独NaOH处理为对照,在不同NaOH质量分数（0、1%、2%和3%）条件下,分别进行了干法和湿法2种NaOH/球磨复合预处理。使用CellicCtec2（Novozymes,丹麦）进行了不同预处理玉米秸秆72 h酶解试验,系统表征了不同预处理玉米秸秆的粒径、结晶度、表面微观形貌、木质纤维组成和官能团变化,分析了不同预处理玉米秸秆理化性质对酶解影响及其相关性。结果表明：干法和湿法NaOH/球磨复合预处理均显著提高了玉米秸秆葡萄糖产率,且随NaOH质量分数增加（从1%提升至3%）,不同NaOH/球磨复合预处理玉米秸秆葡萄糖产率显著提升（P＜0.01）,当NaOH质量分数为3%时,其葡萄糖产率分别达到71.0%和73.1%。无论干法和湿法NaOH/球磨复合预处理,其酶解葡萄糖产率均与纤维素质量分数和平均粒径D50显著正相关（P＜0.01）,与木质素质量分数显著负相关（P＜0.01）;干法NaOH/球磨复合预处理显著降低了玉米秸秆的结晶度,从而一定程度增强改善了玉米秸秆酶解葡萄糖产率。该研究为深入揭示和解析玉米秸秆机械化学复合预处理作用机理提供了数据支撑。     

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

0.01%稀硫酸辅助超声波洗涤玉米秸秆可除去大量K、Ca、Mg及P元素。洗涤后秸秆用0.1%硫酸预处理时,硫酸中添加金属氯盐预处理时半纤维素降解率达37%,预处理渣的酶解率最高达23%;经洗涤的秸秆在未添加金属氯盐时,其值分别为17%和 12%。添加金属氯盐使反应体系溶液pH值降低,但添加与金属氯盐溶液的pH值相同的纯硫酸预处理经洗涤的玉米秸秆时,半纤维素降解率为19%,低于添加金属氯盐预处理的半纤维素降解率37%。几种氯盐中,FeCl3促进酸预处理半纤维素降解率高于其他几种。可知,金属氯盐特别是氯化铁能促进稀硫酸预处理玉米秸秆半纤维素降解率,且pH值降低不是引起预处理效率提高的关键原因。     

饲料用秸秆丝化多频快速压缩成型工艺参数优化

为了进一步探明丝化后干玉米秸秆压缩成型的最佳工艺参数,利用WDW-200微机控制电子式万能试验机,以秸秆含水率、最大压缩力(能够压缩成型的最小压缩力)、压缩次数和压缩速度为影响因子,对饲料用玉米秸秆丝化后压缩成型块的松弛比进行了二次回归旋转组合试验研究。建立并分析了4个影响因子对玉米秸秆丝化压缩成型松弛比的回归模型,并进行了验证试验。结果表明:丝化后玉米秸秆压缩成型最佳工艺条件为:含水率为7.8%~18.3%,能够成型的最小压缩力为6.22 MPa,压缩次数为2~6次,压缩速度为128~337 mm/min。在此工艺条件下,干玉米秸秆丝化压缩成型的松弛比在1.2和1.5之间,均能满足实际生产中较低能耗与生产质量的要求。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和了解压缩成型后产品的特性具有参考意义。     

旋流自吸泵泵体结构参数的优化设计

采用CFD软件通过大涡模拟,基于正交设计法对旋流自吸泵泵体进行了优化设计,研究了泵体各几何参数对旋流自吸泵性能的影响。设计了一个4因素3水平的正交方案,对数值计算的数据作了极差分析,得到了各几何参数对设计点扬程、效率,最优点的扬程、效率及最大自吸高度5个性能指标的影响的主次顺序。对于数据处理结果,通过综合平衡法分析得出了最优的参数组合。并对得到的最优参数组合进行性能试验,验证了理论计算的可靠性。计算及分析结果对旋流自吸泵性能优化设计具有一定的参考价值。