汽爆設(shè)備工作原理

傳統(tǒng)的汽爆工藝是1928年由W H Mason發(fā)展起來(lái)的。但從爆破的物理意義來(lái)衡量時(shí)，這種方法不能稱(chēng)之為爆破，而應(yīng)該稱(chēng)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(guò)的物料經(jīng)快放閥釋放至常壓接收容器的過(guò)程。由于物料是依次通過(guò)快放閥門(mén)，故釋放出物料的爆破壓力隨經(jīng)過(guò)閥門(mén)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(shí)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(guò)程，衡量其突發(fā)性的表征之一便是看其在能量釋放時(shí)是否伴有“炸響”聲即伴隨沖擊波產(chǎn)生，其反應(yīng)過(guò)程在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成。比如鞭炮裝以少量火藥便可將本體炸碎，同時(shí)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(zhǎng)時(shí)間依次釋放形式，故不能將本體炸碎。

因此，無(wú)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(guò)打開(kāi)快放閥門(mén)，使容器內(nèi)壓力迅速降低的減壓過(guò)程由于沒(méi)有產(chǎn)生毫秒級(jí)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(huì)產(chǎn)生劇烈的炸響聲，減壓過(guò)程遠(yuǎn)未達(dá)到毫秒級(jí)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(guò)程由于時(shí)間較長(zhǎng)，不產(chǎn)生瞬間大功率，也就無(wú)法達(dá)到爆破所預(yù)期的物理化學(xué)效果。

如果將快速打開(kāi)與容器相連閥門(mén)的過(guò)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(huì)引起大規(guī)模改寫(xiě)世界各國(guó)教科書(shū)中關(guān)于“爆”的公認(rèn)物理學(xué)定義。因此，汽爆設(shè)備的必備屬性首先應(yīng)滿(mǎn)足爆破（放氣）時(shí)間的最大限值。由于秸稈等草本類(lèi)物質(zhì)的蒸汽滲透時(shí)間一般小于1秒，因此，對(duì)于汽爆設(shè)備的放氣時(shí)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(shí)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(lèi)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(dòng)性等。物料種類(lèi)的選擇是課題選向的根本，其組織成分、生長(zhǎng)特點(diǎn)、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(xiàng)易被忽視的重要因素，因?yàn)樗⒉粏渭兪怯?jì)算干物質(zhì)的依據(jù)，還影響到生產(chǎn)實(shí)施中的生物質(zhì)收獲模式、運(yùn)輸方式、貯存方式。此外，由于植物組織細(xì)胞內(nèi)水分對(duì)汽爆結(jié)果有著直接而重要的影響，含水率還會(huì)對(duì)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(shí)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(jiàn)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

粉碎程度與流動(dòng)性是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)因素，在大部分情況下對(duì)汽爆結(jié)果產(chǎn)生的影響較小。但在規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，這兩個(gè)因素會(huì)對(duì)汽爆設(shè)備實(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)間、爆破（放氣）時(shí)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(shí)間可受使用者調(diào)控，是實(shí)驗(yàn)中最常見(jiàn)的主要對(duì)比參數(shù)。

爆破（放氣）時(shí)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(huì)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(shí)間趨近于零。因此在同等的蒸汽壓力與維壓時(shí)間下，不同的汽爆設(shè)備會(huì)因其自身不同的爆破（放氣）時(shí)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(dá)形式中應(yīng)加入對(duì)爆破（放氣）時(shí)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(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)指向則由物料轉(zhuǎn)化方向譬如纖維乙醇、麻類(lèi)脫膠、木糖制取、造紙等不同課題方向決定，并據(jù)此對(duì)不同參數(shù)組合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出評(píng)價(jià)。 [4]