微波—蒸汽爆破联合预处理玉米秸秆的研究

【摘要】： 生物质能源是广受人们关注的一种可再生能源,而生物质能源利用的关键之一在于预处理阶段。本文将微波和蒸汽爆破同步联合起来对玉米秸秆进行预处理,充分发挥微波预处理技术的高效性、能够去除部分木质素的特点和蒸汽爆破预处理技术处理效果好的优势。设计、制造并安装了一套微波-蒸汽爆破预处理装置。通过正交试验、对比试验和单因素试验对玉米秸秆的处理效果进行了相关的研究。 研究结果表明,微波-蒸汽爆破联合预处理玉米秸秆是可行的,该套装置具有安全可靠、操作简单、无环境污染等优点。预处理效果的影响因素顺序依次为微波辐射时间、爆破压力、辐射功率、含水量、秸秆长度和维压时间。微波-蒸汽爆破联合预处理具有微波预处理和蒸汽爆破预处理的优势,能够更多的去除半纤维素和木质素,相对微波预处理半纤维素减少了5%,木质素减少了2%;相对蒸汽爆破预处理半纤维素减少了3%,木质素减少了4%。但这种联合方法并不能降低秸秆的总体相对结晶度,反而有所增加,相对于微波预处理结晶度增加了9%,相对于蒸汽爆破预处理结晶度降低了1%。 爆破压力对预处理效果影响较大,纤维素结晶度随着爆破压力的升高而增大,同时微晶尺寸的增大有利于酶解反应的进行。副产物随着爆破压力的升高逐渐增加,当爆破压力低于2.0MPa时产生的副产物较少,当爆破压力高于2.0MPa时,副产物急剧增加。纤维素酶解率随着爆破压力的升高逐渐增加,在2.0MPa与2.3MPa时相当,分别为89%和88%。 从副产物的影响以及纤维素酶解率来看,最佳的预处理条件为秸秆长度为2～3cm、爆破压力为2.0MPa、维压时间为15min、微波辐射功率为470～500W、微波辐射时间为3min、含水量为20%。在这个条件下纤维素酶解率达到89%,比单独微波预处理提高了24%,比单独的蒸汽爆破预处理提高了19%。 【关键词】：玉米秸秆 预处理 微波 蒸汽爆破 酶解率 副产物
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题背景8-10
• 1.1.1 生物质能源现状8-10
• 1.1.2 生物质转化存在的问题10
• 1.2 生物质秸秆预处理方法研究现状10-19
• 1.2.1 生物质秸秆预处理的必要性10-13
• 1.2.2 预处理的方法13-18
• 1.2.3 各种预处理方法对比18-19
• 1.3 本课题的研究意义、研究目标及研究内容19-20
• 1.3.1 本课题的研究意义及研究目标19
• 1.3.2 本课题的研究内容19-20
• 第二章 实验装置设计20-37
• 2.1 实验装置介绍20-26
• 2.1.1 实验装置流程图20-21
• 2.1.2 实验装置实物图21
• 2.1.3 微波-蒸汽爆破工艺流程21-22
• 2.1.4 主要实验装置设备参数22-26
• 2.2 实验设备设计26-37
• 2.2.1 蒸汽-爆破反应器设计26-32
• 2.2.2 物料接收罐设计32-36
• 2.2.3 管路及平台设计36
• 2.2.4 压力容器使用登记36-37
• 第三章 试验材料及方法37-46
• 3.1 试验材料37-39
• 3.1.1 试验主要原料37
• 3.1.2 试验主要试剂37-38
• 3.1.3 试验主要仪器设备38-39
• 3.2 试验方法39-44
• 3.2.1 试验影响因素的确定39-40
• 3.2.2 正交试验设计40-41
• 3.2.3 对比试验设计41
• 3.2.4 单因素试验设计41
• 3.2.5 试验样品的检测程序41-43
• 3.2.6 预处理效果的评价指标43-44
• 3.3 试验过程44-46
• 第四章 实验结果分析与讨论46-63
• 4.1 正交试验分析46-51
• 4.1.1 最优条件的确定46-48
• 4.1.2 葡萄糖得量随各因素的变化趋势48-49
• 4.1.3 预处理前后秸秆原料的形态变化49-51
• 4.2 对比试验分析51-58
• 4.2.1 三种预处理方法对秸秆原料组分的影响52-53
• 4.2.2 三种预处理方法秸秆原料的形态和结构特征53-55
• 4.2.3 三种预处理方法液体中副产物分析55-56
• 4.2.4 三种预处理方法对纤维素酶解率的影响56-58
• 4.3 单因素试验分析58-61
• 4.3.1 爆破压力对秸秆原料组分的影响58-59
• 4.3.2 爆破压力对秸秆原料的结晶度的影响59
• 4.3.3 爆破压力对液体中副产物的影响59-60
• 4.3.4 爆破压力对纤维素酶解率的影响60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 结论及建议63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 建议64-65
• 参考文献65-69
• 发表论文和参加科研情况说明69-70
• 附录70-75
• 致谢75

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