基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备，该设备为偏心转子设备，沿输运方向依次设置了闪爆部分和共混部分，偏心转子和定子之间的容腔体积压缩、释放周期性脉动变化。该设备结构简单、工序连续。属于复合材料加工技术领域。

Continuous Flash Explosion and in-situ Blending Equipment of Biomass Based on Volume Pulse

The utility model discloses a biomass continuous flash explosion and in-situ blending device based on volume fluctuation. The device is an eccentric rotor device. The flash explosion part and the blending part are arranged in turn along the transport direction. The volume of the chamber between the eccentric rotor and the stator is compressed and the periodic fluctuation of the release is released. The equipment has simple structure and continuous working procedure. The invention belongs to the field of composite material processing technology.

【技术实现步骤摘要】
基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备
本技术涉及复合材料加工
，尤其涉及基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备。
技术介绍
生物质复合材料是近年来国际蓬勃发展的新一代绿色环保料，主要原料为生物质材料(如秸秆、木材、竹子、剑麻和动物羽毛等)和塑料。生物质复合材料成本低，可代替木材和塑料制品，其应用领域不断扩大。然而生物质的结构紧密，如植物材料具有以纤维素为骨架，半纤维和木质素等充当粘结剂的紧密层状结构；而动物羽毛具有由高抗性硬性纤维状的角蛋白折叠而成的紧密结构。因此需要通过闪爆方法，打开生物质紧密的结构，增大生物质与塑料接触的面积，提高两者在共混过程中的交换频率，使生物质均匀分散在塑料中，以此增强生物质复合材料的性能。闪爆是一种在极短时间内完成蒸汽爆破的方法，现有的闪爆设备有间歇式和连续式两种。但是间歇式闪爆设备产量较低、效率不高，不利于扩展应用；而连续式闪爆设备主要以螺杆摩擦拖曳作用产生热量并往前输运，通过在出口前形成高压，最后喷出瞬间压力骤降完成闪爆，但是也限定了生物质在经历一次输运后只能在出口处完成一次闪爆，闪爆不完全，因此需要将闪爆后的产物多次反复投入到连续式闪爆设备中以确保闪爆效果，工序繁琐。而且纤维素、角蛋白等长时间处于高温环境容易降解。此外在基于螺杆剪切流变的连续式闪爆设备中，强剪切作用易导致纤维折断、纤维长度减小，最终影响产物性能。现有塑料/生物质复合材料制造工艺主要先用闪爆设备闪爆生物质材料，闪爆后的生物质材料经过晾干、烘干等工艺后，再与塑料同时加入双螺杆挤出机中共混制备成品。但此制造工艺冗杂、所需加工设备和辅助装置繁多、如果生物质材料闪爆设备与共混设备分属不同企业，会额外增加包装、运输、保存等成本。同时在双螺杆设备中共混同样存在生物质受热历程长，剪切强度大等缺点，此外在剪切流场中纤维容易打转成团，难分散均匀，最终降低了生物质复合材料的力学性能，限制了塑料/生物质复合材料的扩展应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是：技术提供一种结构简单、工序连续的基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混方法，利用容腔体积压缩产生的高压以及外加热的作用，生物质表层水分在高温高压下转化为亚临界水(具有较强渗透性，渗透性介于液体和气体之间)，渗透到生物质内部，当容腔体积突然释放时，压力骤降，亚临界水汽化成水蒸气体积膨胀对外作用，完成一次生物质闪爆，经过多个体积压缩、释放脉动变化周期，实现多次连续的生物质闪爆，使生物质全部完成闪爆。闪爆获得的产物继续与加入的塑料在体积脉动产生的挤压和拉伸作用以及外加热的作用下，物料层变薄，物料层与层之间的界面增大，生物质与塑料相互交换的频率增加，完成原位连续共混，最后挤出获得生物质复合材料。优选地，生物质闪爆的压缩比大于或等于生物质与塑料共混的压缩比。优选地，生物质的闪爆和生物质与塑料的共混均在外部加热的条件下进行，外部加热温度可控。优选地，生物质经历一次容腔体积压缩、释放脉动变化周期为一次闪爆。优选地，生物质闪爆产生的水分在闪爆过程排出或参与共混。水分排出并收集可循环利用，水分也可以充当发泡剂的作用与塑料共混，进一步减轻复合材料的重量。一种用于实现上述基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混方法的设备，沿物料输运方向依次连续设置了闪爆部分和共混部分，闪爆部分和共混部分均为偏心转子设备，偏心转子设备包括偏心转子和定子，偏心转子和定子之间的容腔体积压缩、释放周期性脉动变化；闪爆部分偏心转子的导程和螺距先减小后增大周期性变化，共混部分偏心转子的导程和螺距逐渐减小，闪爆部分的最大导程和螺距大于或等于共混部分的最大导程和螺距，闪爆部分的最小导程和螺距小于或等于共混部分的最小导程和螺距(使生物质闪爆的压缩比大于或等于生物质与塑料共混的压缩比)；闪爆部分的定子的首端设有生物质加料口，共混部分的定子的首端设有塑料加料口。将用于基于体积脉动的生物质连续闪爆的偏心转子设备和用于基于体积脉动的生物质与塑料共混的偏心转子设备融合起来，得到一台用于生物质闪爆和闪爆后与塑料共混两个不同加工过程统一的设备，以实现基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混，保持了纤维的长度，提高纤维分散均匀性，简化设备群的复杂性，减少了中间运输转移等工序，实现连续自动化工业生产。优选地，闪爆部分和共混部分的定子外侧还设有用于提供热量的加热装置，闪爆部分设有用于排出水分的排气装置。采用这种结构后，利用排气装置可以选择将生物质闪爆中产生的水分排出并收集循环利用。优选地，闪爆部分的偏心转子为螺旋结构，包括至少一个闪爆单元，一个闪爆单元由至少一个小螺距与至少一个大螺距的螺旋结构依次串联而成，闪爆部分的定子为螺旋结果，偏心转子的螺旋结构和定子的螺旋结构一一对应。采用这种结构后，偏心转子转动过程中，生物质输送到小螺距的螺旋结构中，偏心转子与定子之间的轴向、径向体积压缩，同时在外部加热的作用下，生物质表层水分受到高温高压作用转化为亚临界水具有较强渗透性，渗透到生物质内部，当生物质输送到大螺距的螺旋结构中，偏心转子与定子之间的体积突然释放，亚临界水受到的压力骤降，亚临界水汽化成水蒸气体积膨胀对外作用，在极短时间内完成一次闪爆，通过设置多个闪爆单元(即多个体积压缩、释放脉动变化周期)完成多次连续的生物质闪爆，使生物质全部完成闪爆。优选地，共混部分的偏心转子包括多个交替设置的偏心转子螺旋段和多个偏心转子直线段，共混部分的定子包括多个交替设置的定子螺旋段和多个定子直线段，偏心转子的螺旋段和偏心转子直线段与定子螺旋段和定子直线段一一对应。利用偏心转子设备容腔轴向、径向体积压缩、释放周期性脉动变化，挤压或拉伸物料层，使物料层变薄，物料层与层之间的界面增大，生物质与塑料相互交换的频率增加，完成原位共混，最后挤出获得生物质复合材料。优选地，闪爆部分和共混部分的动力由统一动力源提供，节省能源的消耗。总的说来，本技术具有如下优点：1.本技术利用体积脉动产生的压力周期性骤变实现了生物质连续闪爆，打开生物质紧密结构，提高生物质材料与塑料的接触交换，并有效解决了在螺杆强剪切流场作用下进行闪爆产生的纤维折断问题，通过设置多个体积脉动周期，增加闪爆次数，改善闪爆效果，增强了控制性。2.本技术在连续闪爆的同时，完成基于体积脉动的闪爆后生物质与塑料共混输运，实现原位共混，在拉伸挤压作用主导下良好地保持纤维的长度，同时改善生物质的分散程度，最终提高生物质复合材料的综合性能。3.将完成基于体积脉动的生物质连续闪爆和基于体积脉动的生物质与塑料共混不同功能的两台偏心转子设备组合成一台连续的生产设备，实现了基于体积脉动的生物质连续闪爆与原位共混，降低设备的使用量，简化设备群的复杂性，减少了中间运输转移等工序，并且提高了设备的控制性，实现连续自动化工业生产。4.本技术结构简单，控制性强，动力源统一，能耗较低，有利于在生物质复合材料范围中推广应用。附图说明图1为本技术加工设备的结构示意图。图2为图1的一个闪爆单元的结构示意图。图3为图1的A-A偏心转子和定子连接时截面变化图。图中的标号和对应的零部件名称为：1为偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备，其特征在于：沿物料输运方向依次连续设置了闪爆部分和共混部分，闪爆部分和共混部分均为偏心转子设备，偏心转子设备包括偏心转子和定子，偏心转子和定子之间的容腔体积压缩、释放周期性脉动变化；闪爆部分偏心转子的导程和螺距先减小后增大周期性变化，共混部分偏心转子的导程和螺距逐渐减小，闪爆部分的最大导程和螺距大于或等于共混部分的最大导程和螺距，闪爆部分的最小导程和螺距小于或等于共混部分的最小导程和螺距；闪爆部分的定子的首端设有生物质加料口，共混部分的定子的首端设有塑料加料口。

【技术特征摘要】
1.基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备，其特征在于：沿物料输运方向依次连续设置了闪爆部分和共混部分，闪爆部分和共混部分均为偏心转子设备，偏心转子设备包括偏心转子和定子，偏心转子和定子之间的容腔体积压缩、释放周期性脉动变化；闪爆部分偏心转子的导程和螺距先减小后增大周期性变化，共混部分偏心转子的导程和螺距逐渐减小，闪爆部分的最大导程和螺距大于或等于共混部分的最大导程和螺距，闪爆部分的最小导程和螺距小于或等于共混部分的最小导程和螺距；闪爆部分的定子的首端设有生物质加料口，共混部分的定子的首端设有塑料加料口。2.按照权利要求1所述的基于体积脉动的生物质连续闪爆及原位共混设备，其特征在于：闪爆部分和共混部分的定子外侧还设有用于提供热量的加热装置，闪爆部分设有用于排出水...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿金平，冯彦洪，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州华新科智造技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44