水葫芦颗粒燃料成型工艺优化

为了提高水葫芦颗粒燃料的成型品质,该文对水葫芦颗粒燃料的致密成型工艺进行了试验研究,分析了加工压力、温度、原料含水率和粉碎粒度与水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力的关系。单因素和多因素正交试验研究结果表明:影响水葫芦颗粒燃料的颗粒密度的主次工艺参数排序为:压力粒度温度含水率;工艺参数温度、压力和粒度的对水葫芦颗粒燃料的径向抗压力的影响差别不大,而原料含水率的影响最小。水葫芦颗粒燃料的最佳工艺参数条件为:压力6 k N、温度100℃、含水率12%、粒度0.58 mm,在此最佳工艺参数条件下,水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力可分别达到1 362.21 kg/m3和1.44 k N。研究结果为工业化生产高质量的水葫芦颗粒燃料提供理论依据。     

基于挤压模拟试验的苜蓿草颗粒成型工艺参数优化

为了确定最佳的苜蓿草颗粒产品制粒成型工艺,以苜蓿草粉为制粒物料,通过环模制粒过程的模拟试验,利用二次回归正交旋转试验设计,探讨了制粒密度与挤出力、物料含水率、草粉粒度的关系,建立了各因素与制粒密度之间的数学模型。试验数据分析显示：建立的回归方程显著;3个因子对制粒密度影响大小顺序为挤出力、含水率、草粉粒度;通过方程模拟选优得出模拟试验条件下的最优参数组合为：挤出力5.47?kN、含水率16.96%、草粉粒度6.34?mm,即制粒密度为最大值1.241?g/cm3。该研究可为提高草颗粒及其它颗粒物料产品的质量提供指导。     

原料粒径及含水率对樟叶颗粒燃料密度及机械耐久性的影响

针对中国南方常见的香樟落叶资源利用率不高的问题,该研究通过试验研究了樟树叶颗粒燃料成型工艺,在用扫描电子显微镜成像法解释了胚料成型机理的理论基础上,通过单因素法分析香樟树叶热压成型过程中原料含水率、原料粒径对成型燃料密度和机械耐久性的影响规律。研究结果表明：燃料密度与机械耐久性呈正相关;随着含水率增加,成型颗粒的密度先增大后减小,机械耐久性持续减小;原料粒径减小后,成型燃料的密度与机械耐久性均有不同程度的增加且数值分布更密集。通过正交试验,验证含水率与粒径间存在对密度与机械耐久性存在显著的交互作用,确定樟树叶颗粒燃料最优压制工艺参数。试验结果表明,在环境温度120 ℃、压强110.14 MPa、保压时间60 s条件下,最优成型密度工艺参数为：含水率6%、粒径0.6～1 mm,最优机械耐久性工艺参数为：含水率3%、粒径0～0.6 mm。研究结果可为香樟落叶资源利用率提供参考。     

水稻秸秆冷压成型参数试验研究

利用单孔成型设备对水稻秸秆在不同参数条件下进行冷压成型试验。通过单因子试验和正交试验,观测不同成型压力、原料粒径及含水率等条件下成型颗粒的松弛密度、耐久性及退模压力,研究成型参数对成型颗粒物理性能指标的影响,以寻求冷压成型一般参数范围和各参数对不同成型指标的影响,为秸秆热压成型和连续成型试验提供数据支持。单因子试验结果表明,水稻秸秆各成型参数的范围为成型压力120～180MPa、粒径小于0.9mm、含水率15%～25%。在单变量试验基础上,设计正交试验。正交试验结果表明,针对不同性能指标,各工艺参数成型颗粒的影响力不一致,成型压力对松弛密度、抗碎强度及抗压强度的影响较大;而原料粒径对抗渗水性的影响较大。对于松弛密度和抗碎强度,成型参数中成型压力、原料粒径、含水率的最佳组合为180MPa、0～0.2mm、18%,抗渗水性的成型参数最佳组合为180MPa、0～0.2mm、12%,抗压强度的成型参数最佳组合为180MPa、0.6～0.9mm、18%。     

立式环模秸秆压块成型机作业参数优化

针对秸秆压块成型燃料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型燃料质量低、能耗高等问题,以玉米秸秆为原料,通过正交试验,研究原料的粒度、含水率及压块机模辊间隙3种工艺参数的不同组合对生产率、压块燃料成型率、密度、机械耐久性及吨产品能耗的影响。结果表明：从提高成型燃料质量方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为15%、模辊间隙为2 mm,从提高生产率和降低吨产品能耗方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为20%、模辊间隙为2 mm。在实际使用中,根据压块燃料成型率、密度和机械耐久性的质量要求,在能达到使用要求的情况下,可在含水率10%～20%的范围内,适当提高含水率,有利于提高生产率和降低吨产品能耗。     

基于响应面法的玉米秸秆成型工艺优化

为了研究玉米秸秆成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳的工艺参数,该文采用5因素的响应面试验设计研究了原料水分(8%~24%)、温度(50~150℃)、压缩速度(10~50 mm/min)、压力(51.0~127.4 MPa)、保压时间(10~50 s)5个成型参数对玉米秸秆成型颗粒的松弛密度、Meyer强度以及压缩比能耗3个成型技术指标的影响,建立了响应面模型,结合成型燃料标准,获得了最佳的工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。试验结果表明:在选取试验参数范围内,温度、原料水分、压力均会对技术指标产生较大影响;而压缩速度和保压时间所产生的影响相对较小。最优化的工艺参数(压力、温度、水分)为:4 k N(51.0 MPa)、110.8℃、17%,在该参数组合下的验证试验结果为:松弛密度为1031 kg/m~3,Meyer强度为27.1 N/m~2,比能耗为10.03 k J/kg。该研究可为秸秆生物质成型燃料制备产业提供参考。     

辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化

为了提高干制辣椒品质,降低干燥能耗,该文应用热泵干燥技术干燥辣椒。首先探究干燥温度和铺料厚度对干燥特性的影响,绘制出含水率和干燥速率变化曲线。在此基础上,将分阶段控温和改变铺料厚度结合起来对辣椒进行热泵干燥,运用响应面法中的Box-Behnken设计,考察第一阶段温度、第二阶段温度、铺料厚度和三者的交互作用对品质得分、单位能耗、干燥时间的影响,并建立回归方程,得出最佳工艺参数。结论如下:温度越高,干燥速率越大,含水率下降越快;铺料厚度越大,干燥速率越小,含水率下降越慢;第一阶段温度是影响单位能耗的主要因素(P0.05),较低的第一阶段温度能降低单位能耗;第二阶段温度对品质得分影响显著(P0.05),对干燥时间影响极显著(P0.01),第二阶段温度在60℃左右时能得到品质较佳的干辣椒,且在一定程度上提高了干燥效率;铺料厚度对品质得分、干燥时间的影响极显著(P0.01),对单位能耗的影响显著(P0.05),铺料厚度在45 mm左右干燥获得的辣椒品质较佳,而且能节约能耗,提高干燥效率。综合优化参数为:第一阶段温度48℃、第二阶段温度61℃、铺料厚度44 mm,在此工艺条件下获得的干燥辣椒品质得分为8.64,单位能耗为92.05 k J/kg,干燥时间为896.02 min。研究结果为热泵干燥技术应用于辣椒干制提供参考。     

仓内稻谷干燥的多尺度多层结构热质传递模拟及试验

为研究仓内稻谷干燥的热质传递机理,确定稻谷颗粒内部不同组织结构特性对干燥过程的影响,以仓内稻谷堆为研究对象,针对谷粒的多层结构问题,运用多尺度理论、热质传递原理和孔道网络方法等知识,建立了仓内稻谷热风干燥的多尺度多层结构热质传递模型,并进行了稻谷堆热风干燥试验,模拟分析了仓内稻谷的干基含水率、温度分布以及孔隙汽相的温度分布等情况。结果表明:建立的热质传递模型可有效模拟仓内稻谷干燥过程,干燥器尺度下仓内稻谷的平均干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差为7.6%,颗粒尺度下单颗粒稻谷干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差约为6.8%;稻谷颗粒内部传热比传质速率快,颗粒内存在较大的水分梯度。稻谷胚扩散系数对干燥的影响较大,其次是稻谷壳扩散系数,稻谷衣扩散系数影响最小。研究结果为稻谷就仓干燥的品质及工艺分析提供了理论基础。     

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型（multivariate linear regression model, MLRM）和BP神经网络（back propagation neural network, BPNN）模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明：试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题，基于仿生蜂窝状有序多模孔结构，该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理，对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取，并获取模孔网格坐标，构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型，以物料摄取量、挤压力为设计目标，对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用，实现对成型区域内物料的挤压成型，从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2～4 mm的玉米秸秆为物料，物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min，结果表明：在相同转速下，优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%，生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm³，抗跌碎性指数为99.4%，样机能耗为40.46 kW·h/t，该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。     

香蕉秸秆颗粒燃料固体成型机的设计与试验

针对中国热带农业区香蕉秸秆粗大、含水率高、秸秆固体成型设备少等问题,该文研究设计了香蕉秸秆固体成型机,确定了螺杆挤压装置、搅拌装置、挤出成型装置和排水装置等部件的主要结构参数。样机性能试验结果表明:该机生产率为358kg/h,颗粒燃料的成型率为95.4%,机械耐久性为96.7%,颗粒质量密度为1.35g/cm3,颗粒含水率为2.76%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作平稳,成型可靠,经济效益与生态效益明显,在中国热带农业区具有广阔的推广应用前景。     

行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机研制与试验

中国热带农业区作物剩余物多为香蕉秸秆、椰壳以及甘蔗叶,目前以其为混合原料的固体成型设备研究较少,因此该文设计了一种行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机,描述了该机进料装置、辊压装置以及成型装置等主要部件结构,并对辊压装置进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。研制样机并进行性能试验,试验结果表明:该机在电动机功率为45 k W、锥辊公转转速为190 r/min、锥辊自转转速为543 r/min、配套喂料输送装置功率为3 k W时,生产率为850 kg/h、颗粒燃料成型率为96.5%、质量密度为1.25 g/cm3、成型后含水率为2.82%、机械耐久性为96.74%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作过程中噪音低,经济效益与生态效益明显,为中国热带地区固体燃料成型机的发展与推广提供了参考。     

玉米秸秆成型燃料生命周期评价

为了定量解释以秸秆为原料的成型燃料的节能和温室气体减排潜力,从能源消耗和环境排放出发,分析了玉米秸秆的生长、运输、压缩成型,成型燃料运输、燃烧利用等单元过程,建立了秸秆成型燃料的生命周期能源消耗、环境排放分析模型。以5 000 t/a的秸秆成型燃料生产厂为例,评价了其生命周期能耗和环境排放。结果表明：秸秆运输、压缩成型、成型燃料运输等环节都需要消耗能源,其中,压缩成型的能耗最大;秸秆固定的二氧化碳量为生命周期排放出二氧化碳的96.6%,在很大程度上减少了温室气体的排放。利用生命周期分析秸秆成型燃料,得出其相比化石燃料具有较大的减排优势,为秸秆成型燃料利用提供了基础性数据。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。     

废液添加量对麦草废渣颗粒燃料成型及性能的影响

为了提高麦草制浆过程废弃物的资源化利用价值,采用液压压缩成型方法将备料工段麦草废渣和生物机械制浆废液混合处理后放入模具在室温、成型压力为10 MPa和保压时间3 min条件下制备成直径为13 mm的麦草废渣颗粒燃料,并在密封袋中进行平衡.探究了废液添加量(麦草废渣和废液混配质量比)分别在1:1、1:5、1:10、1:1...     

粮食水分结合能与热风干燥动力解析法

为揭示粮食中水分蒸发耗能特征,基于不可逆热力学分析方法,把水分迁移的现象看作是一定数量的能量迁移,建立水分结合能解析模型,给出了水分结合能随温度、含水率变化规律,清晰地呈现了粮食在高水分段水分蒸发受物料的限制作用很小,而在低水分段水分结合能随温度升高显著降低的特征,研究结果为解析粮食二段降速干燥过程、合理匹配干燥温度提供了依据和分析方法,为揭示干燥质驱动机理,制订科学的能效评价标准,合理的干燥装备系统设计补充了技术基础理论。