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。     

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。     

环模制粒粉体旋转挤压成型扭矩模型构建及试验

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、低污染等优点广泛应用于饲料机械、生物质能源机械、化工、制药等领域,而环模制粒过程扭矩模型的缺失已成为制约制粒技术发展的瓶颈之一。该文旨在通过理论分析、数值模拟与试验研究,建立粉体旋转挤压制粒成型过程精确扭矩模型,为粉体旋转挤压制粒成型装备的节能降耗及优化设计奠定理论基础。针对各向同性粉体物料,基于微单元受力分析及广义胡克定律,建立了旋转挤压制粒成型过程中模孔不同深度位置挤压压强的计算公式;基于DPC模型及实际辊轧工艺,建立了旋转挤压成型过程有限元分析模型,进行了压紧区应力分析;基于有限元模拟分析结果,设定变形压紧区的压强分布为二次曲线,建立了变形压紧区、挤压区的压强分布模型;最后建立了粉体旋转挤压制粒成型扭矩模型。以无线扭矩测试系统及环模制粒机为试验平台进行了鸡饲料的环模挤压制粒试验,求解得到了所有模型常量。设计了9组扭矩测试试验进行模型验证,测试结果与理论计算对比表明,试验值与计算值差距较小,最大计算误差仅为2.6%,这反映出建立的模型正确有效,对指导环模制粒机结构优化与节能降耗具有重要的意义。     

环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析

该文旨在通过研究环模制粒机挤压过程受力状况为其节能降耗及优化设计提供一定的参考。根据环模制粒机制粒成形过程与机理的分析和对环模系统受力状况的研究,建立了环模扭矩力学模型,推导出最大物料挤压高度及最大环模扭矩的计算公式;以力学模型为基础,分析了泊松比、摩擦系数等物料特性及环模、压辊系统的结构参数对环模扭矩的影响规律。研究结果表明,物料特性对制粒能耗影响很大;在一定范围内减小模孔长径比、减小压辊直径有利于降低能耗;而采用大尺寸的环模与压辊不仅可以提高产量,同时还可以降低能耗。该研究对于降低环模制粒机的能耗具有重要意义,并可为相关的试验提供理论依据。     

浸油用玉米胚挤压膨化预处理技术的试验研究

该文通过4因素5水平二次正交旋转组合试验，研究了用于浸油的玉米胚挤压膨化预处理过程中的挤压系统参数(套筒温度、模孔孔径、物料含水率、螺杆转速)对考察指标(残油率、剪切强度、密度)的影响规律。得到最佳挤压工艺参数：模孔直径9 mm，物料出口温度93℃，喂入物料含水率13.3%，螺杆转速238 r/min，在此条件下得出残油率最优值为0.40%。和传统工艺相比，浸提时间缩短一半，膨化物的密度与轧坯和预轧样相比分别增加29.3%和13.8%。只要参数选择合适，可使原设备的浸出能力提高60%～120%。     

挤压膨化工艺参数对玉米淀粉出酒率的影响

合理的原料预处理工艺可以提高玉米淀粉出酒率,该文用单螺杆挤压膨化机对脱胚玉米进行挤压膨化,以模孔直径、套筒温度、物料含水率、螺杆转速和酵母添加量作为因素,以挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率为考察指标,采用5因素5水平(1/2实施)进行二次正交旋转组合试验设计,探讨了挤压膨化工艺参数和酵母添加量对挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率的影响规律,得到了优化的工艺参数:模孔直径为12mm,套筒温度140℃,物料含水率19%,螺杆转速200r?min-1,在酵母添加量为0.4%时,玉米淀粉出酒率可以达到55.81%。     

立式双层孔环模生物质压块机设计与试验

针对目前环模压块机存在生产率低、能耗高等问题,该文采用立式环模原理和双层孔环模结构,创新设计了双层孔模块及对应的压辊,双层环模模块两边线夹角8°,模孔偏心角4.3°,双模孔中心线夹角10°。样机完成后进行了生产性试验,结果表明:压块机生产率为2.39 t/h,吨料能耗55.86 k W·h/t,成型率为96%以上,成型密度为1.1 g/cm3以上,各项指标均达到设计及标准要求;对比于单层环模的立式环模生物质成型机生产参数,该创新设计的设备性能有所提高;设备自身下层环模与上层环模相比,成型率、生产率均有提高,差异不大。该立式双层环模压块机提高了生产率和产品质量,为中国生物质成型燃料产业化的发展提供装备保障。     

肉羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺参数优化

针对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型颗粒质量差、能耗高等问题,以麦秸秆、玉米粒为主要试验材料,以原料精粗配比、物料含水率和喂料速度为试验因素,以颗粒饲料的密度、成型率、粉化率、纯工作小时生产率及吨产品能耗为试验指标,对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺进行了试验研究。通过物料含水率、原料精粗配比、喂料速度对颗粒饲料成型效果影响的单因素试验,在满足行业标准要求的密度、成型率、粉化率数值基础上,确定了各因素合适范围;采用正交试验法、极差法、方差法及综合平衡法,试验分析了3因素对各项指标影响的显著性及主次顺序,确定了肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料部分加工工艺的最优参数组合A_3B_1C_3。试验结果表明:在原料精粗配比4∶6,物料含水率17%,喂料速度500 r/min时,颗粒密度为1 116.48 kg/m~3,成型率为99.51%,粉化率为7.36%,纯工作小时生产率达到716 kg/h,颗粒密度符合国家行业标准要求,成型率与纯工作小时生产率达到最高,粉化率虽然不是最低,但完全符合标准要求。研究结果为肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料的生产加工提供参考数据。     

棉籽粕双螺杆挤压脱毒中几个工艺参数的研究

利用自行开发的双螺杆食品挤压机对棉籽粕进行挤压脱棉酚试验,考察了含水率、螺杆转速和喂料速度等参数对脱毒效果与挤出产量的影响。实验中采用响应表面法进行实验方案设计和数据分析。结果表明：减低含水率、喂料速度,提高螺杆转速可使脱毒效果改善。喂料速度是影响挤出产量的主要因素。喂料速度越大,产量越大,因而实际中脱毒效果与产量间存在如何均衡的问题。文中相应给出了本实验条件下的几个响应模型,用以评价各加工变量的影响。实验结果还表明本研究所用的双螺杆挤压机的结构参数在棉籽粕挤压脱毒方面是卓有成效的。     

亚麻籽挤压膨化脱毒的工艺优化

采用SLG67-18.5双螺杆挤压机优化亚麻籽脱毒工艺。通过二次正交旋转组合设计试验，研究了温度、含水率、螺杆转速、喂料速度对亚麻籽中氰华氢(HCN)去除率的影响。单因素分析表明，亚麻籽中HCN去除率随温度升高、含水率增加、螺杆转速提高而升高；随喂料速度增加呈抛物线，中等喂料速度脱毒效果更好。利用频数分析法进行优化，得到亚麻籽中HCN去除率有95%的可能高于90%的参数范围，即膨化温度为147～153℃，亚麻籽含水率为13.8％～17.6%，螺杆转速为186～211 r/min，喂料速度为61.7～74.0 kg/h，从而为亚麻籽脱毒和开发利用及现有挤压膨化机的操作和调整提供了理论依据。     

柱塞式平模生物质成型机设计与试验

针对传统生物质平模成型机能耗高、磨损严重的问题,该文提出了一种柱塞式平模生物质致密成型方法,并设计了成型机样机。该样机通过斜盘与弹簧配合,驱动柱塞往复运动,柱塞在运动过程中仅对模具内的原料进行挤压。成型模具部分采用组合式设计,主要由平模与成型套筒组成,可在成型套筒外部加热,同时可更换长径比不同的成型套筒以适应不同生物质原料。该文以不同颗粒度玉米秸秆和刺槐为原料,在原料含水率为15%,斜盘转速为50 r/min,原料温度为室温的条件下进行了试验,结果表明柱塞式平模生物质成型方法可行,颗粒成型率均高于98%,成型密度大于1.1 g/cm3,机械耐久性高于97%。该文提出的成型方法为生物质致密成型技术提供参考。     

生物质固体成型燃料加工生产线及配套设备

针对目前中国生物质原料复杂多样,以及生物质固体成型燃料加工过程中存在系统配合协调能力差、原料适应能力差、生产率低等问题。该文采用模辊式成型原理,研发设计了有强制喂料系统的成型机以及配套设备,采用二次粉碎工艺以及连续喂料与调制喂料相结合的混配工艺,提出了能够适应多种生物质原料特性的固体成型燃料生产工艺路线,建立了生物质固体成型燃料生产线。试验检测结果表明,采用生物质固体成型燃料生产线的每小时生产率比单机状态下提高了17.3%,经济效益提高13.3%,成型率达到98%,堆积密度和颗粒密度也明显高于单机,达到了设计要求。实现了规模化、连续稳定生产,有利于中国生物质固体成型燃料产业化的发展。     

生物质制粒机环模的磨损机理分析

环模是制粒机的核心部件,目前存在磨损快、寿命短等问题。该文对X46Cr13钢环模进行600 h实际生产状态下的磨损试验;对环模内壁和模孔内壁的磨损量与表面硬度进行测量;对磨损面进行表观形貌和微观磨损形貌观察;从宏观和微观角度对磨损机理进行分析,旨在通过研究环模磨损机理与磨损分布规律,对环模改进提出建议。结果表明：不同磨损位置起主导作用的磨损机制有所不同;环模内壁磨损十分严重,磨损机理为以微切削作用为主的磨粒磨损和疲劳磨损交互作用;模孔内壁磨损量较小,模孔入口附近以磨粒磨损为主,出口附近则以疲劳磨损为主,从模孔入口到出口磨损量呈指数形式逐渐减小,磨损由磨粒磨损为主逐渐向疲劳磨损为主过渡。研究结果可为改善环模耐磨性能和延长使用寿命提供参考。     

Effect of Die Dimensions on Extrusion Processing Parameters and Properties of DDGS-Based Aquaculture Feeds

The goal of this study was to investigate the effect of die nozzle dimensions, barrel temperature profile, and moisture content on DDGS-based extrudate properties and extruder processing parameters. An ingredient blend containing 40% distillers dried grains with solubles (DDGS), along with soy flour, corn flour, fish meal, whey, mineral and vitamin mix, with a net protein content adjusted to 28% was extruded in a single-screw laboratory extruder using seven different die nozzles. Increasing moisture content of the ingredient mix from 15 to 25% resulted in a 2.0, 16.0, 16.3, 22.9, 18.5, 32.5, and 63.7% decrease, respectively, in bulk density, water-solubility index, sinking velocity, L*, b*, mass flow rate, and absolute pressure, as well as 11.6, 16.2, and 7% increases, respectively, in pellet durability, water-absorption index, and a*. Increasing the temperature from 100 to 140°C resulted in 17.0, 5.9, 35.4, 50.6, 28.8, 33.9, and 33.9% decreases, respectively, in unit density, pellet durability, sinking velocity, absolute pressure, specific mechanical energy, torque, and apparent viscosity, but a 49.1 and 16.9% increase, respectively, in dough temperature and water-absorption index. Increasing the L/D ratio of the die nozzle resulted in an increase in bulk density, L*, a*, and torque, but a decrease in unit density, pellet durability, water-absorption index, sinking velocity, b*, mass flow rate, dough temperature, and apparent viscosity. As demonstrated in this study, the selection of an appropriate die geometry, in addition to the selection of suitable temperature and moisture content levels, are critical for producing DDGS-based extrudates with optimum properties.     

环模秸秆成型机压辊半径的优选与试验

生物质致密成型技术是生物质能转换的方式之一,秸秆成型机是生物质秸秆致密成型的主要机械。目前,环模秸秆成型机的机械效率较低,在研究环模秸秆成型机机械效率的过程中发现草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值与成型机的机械效率成正比关系。该文通过matlab软件计算出在不同压辊半径与环模半径比值时环模秸秆成型机的草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值,并绘制了其变化曲线,得出在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,成型机的机械效率达到最高,为85.82%。验证了在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,生产率达到最高值为2.28t/h。研究结果可为秸秆成型机压辊半径的优化选取提供理论依据。     

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。