基于挤出理论的螺旋挤压脱水机机理研究

论文摘要

随着化石燃料储量的日益减少,对作为化石燃料的替代品的生物能源的研究逐渐增多。在制备生物燃料的过程中,通常需要对原材料进行脱水操作。由于在此过程生物燃料原材料具有“高含水率,低粒径”等特点,传统的脱水设备(如带式压滤机和筒式压滤机)很难达到生物能源制备领域对脱水设备“低出口含水率,高出油率”的要求。针对这种情况,需要对脱水设备和脱水过程进行新的研究。本研究以含糖废水中培育的酵母菌混合液脱水压榨,制备生物柴油为应用方向,针对酵母菌混合液的脱水效果和细胞破壁效果对螺旋挤压脱水机进行了理论研究。从宏观和微观两个方面建立了在螺旋挤压脱水机脱水过程中酵母菌混合液的物理模型。建立了螺旋挤压脱水过程的数学模型,得到了酵母菌混合液物料初始含水率与其在螺旋挤压脱水机中停留时间之间的关系,以及螺旋挤压脱水机机头压力与物料初始含水率、出口含水率和产量的关系。并以上述关系为基础,提出符合酵母菌混合液对脱水设备“低出口含水率、高剪切作用”要求的螺旋挤压脱水机螺杆长度、螺杆构型和机筒结构等设计参数的设计方法,并绘制综合反映螺杆转速、机头压力物料出口含水率和产量之间关系的螺旋挤压脱水机生产特性图,用以预测酵母菌混合液在螺旋挤压脱水机中的脱水效果、调整螺杆转速和机头压力等工艺操作参数。同时,本研究利用上述设计方法研究设计了单螺杆／双螺杆螺旋挤压脱水机,并以双螺杆螺旋挤压脱水机对酵母菌混合液进行脱水实验研究。实验结果达到课题项目对酵母菌混合液脱水效果的要求,并以实验结果验证了螺旋挤压脱水机生产特性图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和项目意义
• 1.2 过滤理论介绍
• 1.3 过滤设备介绍
• 1.4 现有过滤设备对项目要求的适应性及本文的研究目的
• 第二章 螺旋挤压脱水机脱水的物理和数学模型
• 2.1 螺旋挤压脱水机脱水过程的物理模型
• 2.2 达西定律
• 2.2.1 定律推导
• 2.2.2 达西定律应用条件
• 2.3 多孔介质的性质
• 2.3.1 多孔介质的孔隙率
• 2.3.2 多孔介质渗透系数与孔隙率的关系
• 2.4 螺旋挤压脱水过程的数学模型
• 2.4.1 充满段长度
• 2.4.2 物料正常输送条件
• 2.4.3 物理坐标-时间坐标的关系
• 2.4.4 螺槽中物料的含水率分布
• 2.4.5 物料含水率分布迭代式
• 2.5 小结
• 第三章 螺旋挤压脱水过程的模拟与分析
• 3.1 脱水过程输入参数对数学模型精度的影响
• 3.1.1 迭代过程的计算输入参数
• 3.1.2 迭代试算
• 3.1.3 不同停留时间的影响
• 3.1.4 初始含水率的影响
• 3.1.5 不同螺杆转速的影响
• 3.1.6 小结
• 3.2 螺旋挤压脱水机设计
• 3.2.1 螺杆长度设计
• 3.2.2 螺杆构型设计
• 3.2.3 小结
• 3.3 螺旋挤压脱水机生产特性图
• 3.4 螺旋挤压脱水机生产特性图的使用
• 3.4.1 以特性图为基础预测物料出口含水率及产量
• 3.4.2 以物料出口含水率和产量为目标调整螺杆转速和机头压力
• 3.5 小结
• 第四章 螺旋挤压脱水机的实验分析
• 4.1 实验装置
• 4.1.1 双螺杆螺旋挤压脱水机
• 4.1.2 单螺杆螺旋挤压脱水机
• 4.2 挤压脱水实验分析
• 4.2.1 螺杆转速的影响
• 4.2.2 机筒温度的影响
• 4.2.3 物料正常输送特性曲线的验证
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文的主要结论
• 5.2 对本课题研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书