生物炭擠壓成型機(jī)的設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn).pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來(lái)越大，傳統(tǒng)化石能源逐漸消耗殆盡。在此背景下，各國(guó)政府越來(lái)越重視對(duì)可再生資源的開(kāi)發(fā)利用，尤其是生物質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，有豐富的生物質(zhì)資源，這些資源因?yàn)榉植挤稚?、能量密度小、運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本高等問(wèn)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(yùn)輸與儲(chǔ)存。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)生物炭成型研究報(bào)道較少，所以本課題擬研發(fā)一臺(tái)

2、生物炭擠壓成型機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行性能試驗(yàn)，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?jī)?nèi)容如下:
　　(1)分析了生物質(zhì)成型機(jī)理。對(duì)生物質(zhì)組成成分進(jìn)行分析，并解釋了木質(zhì)素對(duì)其成型性能的影響;從宏觀和微觀兩個(gè)角度說(shuō)明生物質(zhì)成型機(jī)理，并對(duì)影響生物質(zhì)成型的幾個(gè)因素做了闡述;對(duì)比兩種生物炭成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇了先炭化后成型工藝。
　　(2)對(duì)生物炭進(jìn)行壓縮成型試驗(yàn)。利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和自行設(shè)計(jì)的擠壓模具對(duì)生物炭進(jìn)行壓

3、縮成型性能試驗(yàn)研究，重點(diǎn)研究壓力大小對(duì)生物炭可壓縮性的影響，通過(guò)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(yàn)結(jié)果得出當(dāng)壓力在1 MPa～3 MPa時(shí)，生物炭成型密度為1.0 g/cm3～1.2g/cm3，可壓縮性能好;同時(shí)探討含水率、粘結(jié)劑添加量對(duì)生物炭成型性能的影響，通過(guò)擬合獲得含水率、粘結(jié)劑添加量對(duì)生物炭成型后抗壓強(qiáng)度、抗跌碎性影響的數(shù)學(xué)模型，且由試驗(yàn)結(jié)果得出當(dāng)含水率為22％～40％，粘結(jié)劑添加量為15％～40％

4、時(shí)，生物炭成型性能相對(duì)較優(yōu)。
　　(3)研制了一臺(tái)生物炭擠壓成型樣機(jī)。設(shè)計(jì)研究一種依靠螺旋擠壓成型原理的擠壓成型樣機(jī)，闡述了其工作過(guò)程，并對(duì)樣機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并確定了喂料器、傳動(dòng)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(duì)擠壓成型樣機(jī)成型性能進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在對(duì)擠壓成型樣機(jī)進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了以擠壓螺桿類型、粘結(jié)劑添加量、含水率三個(gè)主要因素的單因素試驗(yàn)，并以抗壓強(qiáng)度和抗跌碎性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，

5、得出:對(duì)于成型樣品抗壓強(qiáng)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(duì)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(duì)擠壓成型樣機(jī)成型性能進(jìn)行正交試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇成型性能較優(yōu)的因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。通過(guò)直觀分析法得出:對(duì)生物炭成型后抗壓強(qiáng)度影響的主次順序?yàn)閿D壓螺桿類型、粘結(jié)劑添加量、含水率;對(duì)生物炭成型抗跌

6、碎性影響的主次順序?yàn)檎辰Y(jié)劑添加量、擠壓螺桿類型、含水率。通過(guò)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(jī)性能試驗(yàn)。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(duì)擠壓成型樣機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明該擠壓成型樣機(jī)生產(chǎn)率為215 kg/h，成型密度為1.06 g/cm3，成型品的抗壓強(qiáng)度為0.16 MPa，抗