生物炭擠壓成型機的設計與性能試驗.pdf

1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人類對能源的需求越來越大，傳統(tǒng)化石能源逐漸消耗殆盡。在此背景下，各國政府越來越重視對可再生資源的開發(fā)利用，尤其是生物質(zhì)資源的開發(fā)利用。我國是農(nóng)業(yè)大國，有豐富的生物質(zhì)資源，這些資源因為分布分散、能量密度小、運輸和儲存成本高等問題，大部分被直接燃燒掉或者廢棄，未能得到充分有效的利用。將這些生物質(zhì)經(jīng)炭化后成型得到生物炭塊，其能量密度和燃燒特性都得到提高，且方便運輸與儲存。但目前國內(nèi)對生物炭成型研究報道較少，所以本課題擬研發(fā)一臺

2、生物炭擠壓成型機，并對其進行性能試驗，旨在為生物炭成型技術(shù)和成型工藝提供參考依據(jù)。本課題主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)分析了生物質(zhì)成型機理。對生物質(zhì)組成成分進行分析，并解釋了木質(zhì)素對其成型性能的影響;從宏觀和微觀兩個角度說明生物質(zhì)成型機理，并對影響生物質(zhì)成型的幾個因素做了闡述;對比兩種生物炭成型工藝的優(yōu)缺點，最終選擇了先炭化后成型工藝。
　　(2)對生物炭進行壓縮成型試驗。利用萬能材料試驗機和自行設計的擠壓模具對生物炭進行壓

3、縮成型性能試驗研究，重點研究壓力大小對生物炭可壓縮性的影響，通過擬合獲得生物炭成型密度和體積模量均與壓力大小呈指數(shù)關(guān)系，且由試驗結(jié)果得出當壓力在1 MPa～3 MPa時，生物炭成型密度為1.0 g/cm3～1.2g/cm3，可壓縮性能好;同時探討含水率、粘結(jié)劑添加量對生物炭成型性能的影響，通過擬合獲得含水率、粘結(jié)劑添加量對生物炭成型后抗壓強度、抗跌碎性影響的數(shù)學模型，且由試驗結(jié)果得出當含水率為22％～40％，粘結(jié)劑添加量為15％～40％

4、時，生物炭成型性能相對較優(yōu)。
　　(3)研制了一臺生物炭擠壓成型樣機。設計研究一種依靠螺旋擠壓成型原理的擠壓成型樣機，闡述了其工作過程，并對樣機的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件進行了設計，并確定了喂料器、傳動裝置、擠壓裝置、出料口等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　(4)對擠壓成型樣機成型性能進行單因素試驗。在對擠壓成型樣機進行預實驗的基礎(chǔ)上，開展了以擠壓螺桿類型、粘結(jié)劑添加量、含水率三個主要因素的單因素試驗，并以抗壓強度和抗跌碎性為評價指標，

5、得出:對于成型樣品抗壓強度，擠壓螺桿類型、粘結(jié)劑添加量、含水率因素影響非常顯著(P＜0.01);對于成型樣品抗跌碎性，粘結(jié)劑添加量因素影響非常顯著(P＜0.01)，擠壓螺桿類型、含水率因素影響顯著(P＜0.05)。
　　(5)對擠壓成型樣機成型性能進行正交試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇成型性能較優(yōu)的因素水平進行正交試驗。通過直觀分析法得出:對生物炭成型后抗壓強度影響的主次順序為擠壓螺桿類型、粘結(jié)劑添加量、含水率;對生物炭成型抗跌

6、碎性影響的主次順序為粘結(jié)劑添加量、擠壓螺桿類型、含水率。通過綜合平衡法，確定生物炭成型最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝水平:擠壓螺桿類型為等距不等深擠壓螺桿，含水率為35±1％，粘結(jié)劑含量為25.0±0.5％。
　　(6)擠壓成型樣機性能試驗。在確定生物炭成型最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝水平后，在此基礎(chǔ)上對擠壓成型樣機進行了性能試驗。試驗結(jié)果表明該擠壓成型樣機生產(chǎn)率為215 kg/h，成型密度為1.06 g/cm3，成型品的抗壓強度為0.16 MPa，抗