求生物质压缩成型原理关键词？？

植物质原料中含有纤维素、半纤维素、木素、树脂和蜡等物质。一般在阔叶木、针叶木中，木素含量为27—32%(绝干原料)、禾草类中含量为14—25%。现在知道木质素是具有芳香族特性的结构，单体为苯基丙烷型的立体结构高分子化合物，不同种类的植物质都含有木质素，而其组成、结构不完全一样。在常温下木质素主要部分不溶于有机溶剂，它属于非晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70～110℃时软化具有粘性。当温度到达200～300℃时成熔融状，粘性高，此时加以一定的压力使植物质各部分粘结在模具内成型。对植物质原料加热软化，也利于减少成型的挤压力。燃料可按用户要求，使用不同规格的模具，制成多种规格尺寸的成型燃料品。因此现代的压缩成型设备，尤其是生物质成型块较大的机械，多在成型模的末端，用电阻丝加热，达到既成型又减少阻力的目的。 由于植物生理方面的原因，生物质原料的结构通常都比较疏松，密度较小。这些质地松散的生物质原料在受到一定的外部压力后，原料颗粒先后经历重新排列位置关系、颗粒机械变形和塑性流变等阶段(图4-1)，

体积大幅度减小，密度显著增大。由于非弹性或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和绞合，在去除外部压力后，一般不能再恢复原来的结构形状。对于木质素等粘弹性组分含量较高的原料，如果在成型温度达到木质素的软化点，则木质素就会发生塑性变形，从而将原料纤维紧密地粘结在一起，并维持既定的形状，成型燃料块经冷却降温后，强度增大，即可得到燃烧性能类似于木材的生物质成型燃烧块；对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，加入少量的诸如粘土、淀粉、废纸浆等无机、有机和纤维类粘结剂，也可以使压缩后的成型块维持致密的结构和既定的形状。因为这些粘结剂加入后，生物质粒子表面会形成一种吸附层，使颗粒之间产生一种引力(即范德瓦尔斯力)，同时在较小外力作用下粒子之间也可产生静电引力(Electrostatic forces)致使生物质粒子间形成连锁(Interlocking)结构。被粉碎了生物质粒子在外压力和粘结剂作用下，重新组合成具有一定形状的生物质成型块，这种成型方法需要的压力比较小。对于某些容易成型的材料则不必加热，也不必加粘结剂，但在粉碎颗粒需要细小，成型压力需要大，滚筒挤压式小颗粒成型实际就是这种类型。 由上面分析可以看出，生物质材料对固化(Solidification)形成是有很大影响的，如粉碎材料的流动性、生物质颗粒尺寸、生物质类型、含水率等。 生物质压缩成型工艺流程。 一般工艺流程如框图： 图生物质压缩成型工艺流程图 ①生物质收集是十分重要的工序。在工厂化加工的条件下要考虑三个问题。一是加工厂的服务半径，二是农户供给加工厂原料的形式，是整体式，还是初加工包装式，三是原料的枯萎度，也就是原料在田间经风吹、日晒、自然状态脱水程度。如果不是机械收割、打捆，易枯萎度大点好。另外要特别注意收集过程中尽可能少夹带泥土，泥土多了，容易造成燃烧时结渣。机械化收集可解决这一问题。 ②粉碎程度 一般高压设备(1000～1500bar)的颗粒可以适当大些，10mm左右为好，中、低压应小些，但螺旋式不能小于2mm。否则要影响密度和生产率。若是成型饲料，粉碎应改成揉搓。即要保证桔杆有30mm长的纤维，宽度2mm左右就可以了。密度应适当降低，一般在0.6T/M3左右，这样既使于运输，又便于喂入时使用。 ③脱水程序 成型(燃料或饲料)中水分含量很重要，国内外使用的都是经验数据，不是理论计算数据。水分含量超过经验上限值时，加工过程中，温度升高，体积突然膨胀，易产生爆炸，造成事故；若水分含量过低，会使“范德结瓦尔斯引力”(Van der Wall's forces)降低，以致使成型成为问题。因此生物质原料粉碎后，要有一个脱水程序。最佳湿度在10～15%，但活塞式成型机因其加工过程是间断式的，因此可以适当高些，16～20%。 ④予压程序 是为了提高生产率，即在推进器“进刀”前先把松散的物质予压一下，然后推到成型模前，被主推进器推到“模子”中压缩成型。予压多采用螺旋推进器、液压推进器，也有用手工予压的，这与要求的产量有关，生产单位可以自主选择。 ⑤压缩程序 “成型模”是生物质成型的关键部件，它的内壁是前大后小的锥型，物科进入模具后要受三种力，即机器主推力F1，摩擦力F2，模具壁的向心反作用压力F3，影响F1大小的是F2和密度、直径等，影响F2大小的是夹角α和模具温度，角α越大，F2越大，密度也要加大，动力也要加大，因而夹角α设计是关键因素，它随着直径和密度、材料种类有不同的要求。为了便于调整“模子”，设计有“内模”和“外模”，外模是不变的，“内模”是可以调换的，α角的确定需经过试验，一般从3°开始，用插入办法调试。 加热温度 生物质原料压缩成型过程中的加热，一方面可使原料中含有的木质素软化，起到粘结剂的作用；另一方面还可使原料本身变软，容易压缩。除此之外，加热温度，对成型机的工作效率也产生影响。对于棒状燃料成型机，当机器的结构尺寸确定后，加热温度就应该调整到一个合理的范围。温度过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；温度增高，电机功耗减小，但成型压力减小，成型物挤压不实，密度变小，容易断裂破损。该机型的加热温度一般调整在150～300℃之间，使用者需根据原料的形态进行调整。颗粒燃料成型虽然没有外热源加热，但在成型过程中，原料和机器工作部件之间的摩擦作用也可以将原料加热到100℃左右，同样可使原料所含木质素软化，起到粘结作用。 模具温度采用电阻丝来控制，应先予热后开机。也有不加热的，例如用螺旋挤压式时，只要动力设计的足够大，锥角α比较大，就可以产生较大的摩擦力，产生的摩擦热完全可以供成型使用，但这种方法会增大动力消耗，增大螺旋头和模具摩损，一般在30～50小时就要更换螺旋头。如果使用这种高压方式，易先进行经济核算，然后再设计。 ⑥粘结剂程序 添加剂加入有两种目的，一种是增加压块的热值，同时增加粘结力，例如加入10～20%的煤或碳粉，就可以达到目的，但加入时一定注意均匀度，防止因比重不同造成不均匀聚结；另一种是纯增加粘结力，减少动力输入，这要求生物质颗粒要小，便于粘结剂均匀接触。一般都在予压前输送过程中加入，便于搅拌。 ⑦保型程序 是在生物质成型以后的一段套筒内进行的，其内径略大于压缩成型的最小部位直径，以便使已成型的生物质消除部分应力，随着温度的降低，使形状固定下来。保型套筒的端部有开口，用以调整保型筒的保型能力，如果保型筒大于成型筒直径过多，生物质会迅速膨胀，容易裂纹，过小了，应力得不到消除，出口后还会因温度突然下降，发生崩裂或粉碎。

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