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傳統(tǒng)的汽爆工藝是1928年由W H Mason發(fā)展起來的。但從爆破的物理意義來衡量時,這種方法不能稱之為爆破,而應(yīng)該稱之為蒸汽熱噴放技術(shù)。所謂熱噴放技術(shù)通常是指將高溫高壓蒸煮過的物料經(jīng)快放閥釋放至常壓接收容器的過程。由于物料是依次通過快放閥門,故釋放出物料的爆破壓力隨經(jīng)過閥門的先后依次降低,更重要的是被爆植物組織內(nèi)部蒸汽的能量不能以爆的形式瞬間釋放,而是從植物組織內(nèi)逐漸釋放。 [3]
除了這種技術(shù)之外,還存在另外一種所謂的”蒸汽爆破“技術(shù)即膨化技術(shù)。這是食品工業(yè)上經(jīng)常采用的處理膨化食品的一種方法,即螺桿擠壓膨化食品加工技術(shù)。由于上述兩種技術(shù)均不符合”爆破“的物理定義,因此不屬”蒸汽爆破“范疇。 [3]
1、汽爆設(shè)備的必備屬性
爆的物理概念為:能量在短時間突發(fā)性全部釋放完畢。在化學(xué)反應(yīng)、核反應(yīng)以及物理減壓過程,衡量其突發(fā)性的表征之一便是看其在能量釋放時是否伴有“炸響”聲即伴隨沖擊波產(chǎn)生,其反應(yīng)過程在毫秒級時間內(nèi)完成。比如鞭炮裝以少量火藥便可將本體炸碎,同時伴隨有清脆而響亮的鞭炮聲。煙花盡管裝藥量比鞭炮多,但由于火藥能量釋放是長時間依次釋放形式,故不能將本體炸碎。
因此,無論是炸藥還是壓力容器所產(chǎn)生的爆破,只有具備了突發(fā)性炸響聲,可產(chǎn)生爆破沖擊波才屬于物理意義上的真正的爆破。與此不同,一些通過打開快放閥門,使容器內(nèi)壓力迅速降低的減壓過程由于沒有產(chǎn)生毫秒級沖擊波,參與反應(yīng)物料是依次按前后順序從高壓向低壓反應(yīng)釋放平衡,故不會產(chǎn)生劇烈的炸響聲,減壓過程遠未達到毫秒級將全部容器內(nèi)物料降為常壓,均不具備爆破及蒸汽爆碎的必備條件。這些做功過程由于時間較長,不產(chǎn)生瞬間大功率,也就無法達到爆破所預(yù)期的物理化學(xué)效果。
如果將快速打開與容器相連閥門的過程,定義為蒸汽爆破或定義為蒸汽爆破的另一種形式,則將會引起大規(guī)模改寫世界各國教科書中關(guān)于“爆”的公認物理學(xué)定義。因此,汽爆設(shè)備的必備屬性首先應(yīng)滿足爆破(放氣)時間的最大限值。由于秸稈等草本類物質(zhì)的蒸汽滲透時間一般小于1秒,因此,對于汽爆設(shè)備的放氣時間不能大于0.1秒,才能夠產(chǎn)生壓差,破壞纖維素的晶格結(jié)構(gòu),產(chǎn)生真正的汽爆作用。廣泛使用的彈射式汽爆設(shè)備的爆破時間為0.00875秒,已具備了這一必要條件。 [4]
2、汽爆設(shè)備的工藝參數(shù)
汽爆工藝的主要參數(shù)——物料內(nèi)因與設(shè)備外因
2.1 物料內(nèi)因
物料內(nèi)因大致可包括:物料種類及組織成分、含水率、預(yù)浸泡、化學(xué)預(yù)處理、粉碎程度、流動性等。物料種類的選擇是課題選向的根本,其組織成分、生長特點、收獲產(chǎn)量、適宜種植地區(qū)均應(yīng)充分考慮。
含水率則是一項易被忽視的重要因素,因為它并不單純是計算干物質(zhì)的依據(jù),還影響到生產(chǎn)實施中的生物質(zhì)收獲模式、運輸方式、貯存方式。此外,由于植物組織細胞內(nèi)水分對汽爆結(jié)果有著直接而重要的影響,含水率還會對汽爆設(shè)備工藝參數(shù)產(chǎn)生重要影響。預(yù)浸泡與化學(xué)預(yù)處理實質(zhì)是與汽爆手段復(fù)合在一起的其他預(yù)處理方式,也是最為常見的對比實驗內(nèi)容。
粉碎程度與流動性是相互關(guān)聯(lián)的兩個因素,在大部分情況下對汽爆結(jié)果產(chǎn)生的影響較小。但在規(guī)模生產(chǎn)時,這兩個因素會對汽爆設(shè)備實際產(chǎn)量、配套粉碎設(shè)備型式、粉碎功耗、物流輸送設(shè)備型式等工業(yè)設(shè)計參數(shù)產(chǎn)生關(guān)鍵影響。為了保持與工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境一致,在汽爆實驗時也應(yīng)采用相同條件。
2.2 設(shè)備外因
設(shè)備外因包括:蒸汽壓力(溫度)、蒸汽成分、維壓時間、爆破(放氣)時間等。這些因素也是狹義上的汽爆工藝參數(shù)。其中蒸汽壓力與維壓時間可受使用者調(diào)控,是實驗中最常見的主要對比參數(shù)。
爆破(放氣)時間則是設(shè)備固有參數(shù)。由于這一參數(shù)是由汽爆設(shè)備自身結(jié)構(gòu)型式確定的,往往會被忽視。依據(jù)汽爆原理,在同等的能量下為了取得最大的爆破功率,則需要爆破(放氣)時間趨近于零。因此在同等的蒸汽壓力與維壓時間下,不同的汽爆設(shè)備會因其自身不同的爆破(放氣)時間而產(chǎn)生不同的預(yù)處理效果。所以,在更為規(guī)范和完整的汽爆工藝參數(shù)表達形式中應(yīng)加入對爆破(放氣)時間或蒸汽爆破設(shè)備型式的記錄和描述。
總之,上述參數(shù)的實驗?zāi)繕?biāo)指向則由物料轉(zhuǎn)化方向譬如纖維乙醇、麻類脫膠、木糖制取、造紙等不同課題方向決定,并據(jù)此對不同參數(shù)組合的實驗結(jié)果做出評價。 [4]