基本信息
- 项目名称：
- 基于微波热解技术的竹炭竹醋生产设备的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品创作在中国竹炭竹醋产业迅速发展的背景下，针对当前竹炭竹醋生产技术中存在的严重问题，并综合考虑竹炭竹醋产业及市场的发展，基于现有竹炭竹醋生产工艺流程及工业技术水平，设计了一套具有创新性的竹炭竹醋生产设备，通过三维设计软件Pro ENGINEER给出了设备的完整结构及部件细节，并对微波源功率在内的关键参数进行了设定，形成了可直接作为工业制造依据的设计方案。
- 详细介绍：
- 本文创作在中国竹炭竹醋产业迅速发展的背景下，针对当前竹炭竹醋生产技术中存在的严重问题，并综合考虑竹炭竹醋产业及市场的发展，基于现有竹炭竹醋生产工艺流程及工业技术水平，设计了一套具有创新性的竹炭竹醋生产设备，通过专业工业设计软件Pro ENGINEER给出了设备的完整结构及部件细节，并对微波源功率在内的关键参数进行了设定，形成了可直接作为工业制造依据的设计方案。该设备首次引入微波热解技术代替传统的燃烧加热方法，同时窑炉整体设计遵循节约生产空间、原料充分转化、废气废渣循环处理、热量多级利用、全封闭式生产、自动化控制等节能、环保、高效的思想。另外，在对微波源的设计上，依据多源溃能理论，采用以小功率磁控管组合代替大功率磁控管的设计，从而大幅降低设备的制造成本，并提高微波源的使用寿命及工作稳定性。 本文所提出的生产设备从结构到部件的设计均有完整的理论依据，且充分考虑现有工艺条件和制造水平，并给出了包含关键制造参数的设计图纸，而其他参数可依据实验进行设定，因此具有很高的可行性。该设备不仅实现了竹炭竹醋生产技术上的突破，从根本上解决了现有竹材加工过程中原料利用率不高、生产效率低、产品质量差、环境污染严重等问题。同时，由于在设计时注重设备的扩展性以及普适性，其结构及参数可直接为木屑、秸秆、杂草等其他工业微波热解设备的研制提供设计和制造依据，从而达到从废弃生物质中热解得到附加值较高的炭、醋、焦油、煤气等产品的目的，并为工业微波技术的进一步发展起到积极的推动作用。该设备不仅能从根本上解决现有竹材加工过程中原料利用率不高、生产效率低、产品质量差、环境污染严重等问题。同时，由于在设计时注重设备的扩展性以及普适性，其结构及参数可直接为木屑、秸秆、杂草等其他工业微波热解设备的研制提供设计和制造依据，从而达到变废为宝的目的，并为工业微波技术的进一步发展起到积极的推动作用。 目前，作品所提出的微波生产竹炭竹醋设备设计方案已经委托四川省工业设计与产品快速研发中心进行了论证，而原理样机也正在研制过程中。另外，四川省生产力促进中心对该作品给予了极高的肯定，并在作品工业实现及产业化推广等方面提供大量的指导和支持，并计划向全省竹产区进行宣传。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 竹资源是世界森林资源的重要组成部分，具有分布广、成材快、产量高、环保功能强等优点。中国是世界竹资源最丰富的国家，而竹炭竹醋则是目前所公认的原料利用率最高、经济附加值最大的竹材加工产物，具有极为广阔的市场前景。现有竹炭竹醋生产设备均采用传统的燃烧加热法，且窑炉结构始终有较大缺陷，普遍存在生产效率低、产品质量差、环境污染严重等问题。因此，竹炭竹醋产业要谋求可持续发展必须在生产设备上实现创新。
科学性、先进性及独特之处
- 作品首次将微波热解技术引入竹材加工，解决了传统燃烧热解竹材效率低、环境污染等问题，并首次采用料斗设计，提高了生产可控性和质量。另外，在使用Pro E对设备结构进行设计时，充分结合微波热解特性，遵循节约生产空间、提高生产效率、充分转化原料、废气循环处理、热量多级利用、封闭生产、自动控制等节能、环保、高效的思想，并以小功率磁控管组合的方式设计微波源，从而大幅降低制造成本，提高使用寿命及稳定性。
应用价值和现实意义
- 作品所设计的微波生产竹炭竹醋设备一旦研制成功，可替代现有原料利用率不高、生产效率低、产品质量差、环境污染严重的传统生产方式，大大促进我国竹产业的发展。另外，作品中所反映的节能、环保、高效的设计理念以及所获得的竹材热解技术参数还可为木屑、秸秆、酒糟、醋糟、谷糠、杂草等的工业微波热解设备的研制提供设计和制造依据，在推动有机质“变废为宝”工程的同时，为工业微波技术的进一步发展起到积极的促进作用。
学术论文摘要
- 本文创作在中国竹炭竹醋产业迅速发展的背景下，针对当前竹炭竹醋生产技术中存在的严重问题，并综合考虑竹炭竹醋产业及市场的发展，基于现有竹炭竹醋生产工艺流程及工业技术水平，设计了一套具有创新性的竹炭竹醋生产设备，通过三维设计软件Pro ENGINEER给出了设备的完整结构及部件细节，并对微波源功率在内的关键参数进行了设定，形成了可直接作为工业制造依据的设计方案。该设备首次引入微波热解技术代替传统的燃烧加热方法，同时充分结合微波热解特性，在设备结构的设计上遵循节约生产空间、提高生产效率、充分转化原料、废气循环处理、热量多级利用、封闭生产、自动控制等节能、环保、高效的思想。另外还依据多源溃能理论，以小功率磁控管组合的方式设计微波源，从而大幅降低设备制造成本，并提高微波源的使用寿命及工作稳定性。 该设备不仅能从根本上解决现有竹材加工过程中原料利用率不高、生产效率低、产品质量差、环境污染严重等问题。同时，由于在设计时注重设备的扩展性以及普适性，其结构及参数可直接为木屑、秸秆、杂草等其他微波热解设备的研制提供设计和制造依据，从而达到变废为宝的目的，并推动工业微波技术的进一步发展。
获奖情况
- 论文已被全国中文核心期刊《资源开发与市场》杂志录用，并将于2011年27卷06期正式刊出。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 蔡薇，胡丹婷.竹炭在竹子产业链中的重要性[J].林业经济问题，2OO6，（3）：253-256. [2] 赵希强，宋占龙，王涛，李龙之，马春元.微波技术用于热解的研究进展[J].化工进展，2008，（12）：1873-1878. [3] 赵敏.新型微波炭化炉的研制及其初步应用研究.武汉：华中农业大学硕士学位论文[D]，2005 [4] 胡福昌；我国竹炭竹醋液烧制技术的改进与发展.竹子研究汇刊，2004，（3）：1-5. [5] 藤宝仁，彭增华，谭蓉，赵晓军.微波加工普洱茶技术及设备研究[J]；昆明理工大学学报(理工版)，2008，（1）：85-88. [6].山东大学，山东山大能源环境有限公司.一种利用微波热解生物质的方法及装置[P].中国发明专利，CN1912465A，2007-2-14. [7] 贺水清.竹炭与竹醋的应用现状及其产业发展趋势[J].湖南林业科技，2007，（1）：47-48.
同类课题研究水平概述
- 当前国内外对竹炭竹醋生产设备的研究都只是基于传统的燃烧加热或电加热方法，尽管在窑炉结构设计上有所差异，但仍存在很多无法避免的问题： （1）对竹料加热均是由外至内进行，加热速率小，均匀性差，这不仅使得能源效率低、生产周期过长，同时因为竹材热解时气体产物由内向外的扩散方向与传热方向相反，易引起产物的二次裂解生成不必要的杂质，影响产物的产率和质量。 （2）由于传统供热效果差、不稳定，所以在使用现有竹炭竹醋设备进行生产过程中均需添加一些催化剂等化学用品，以提高热解反应的效率和质量，这不仅增加了生产工序、提高了生产成本，同时因为化学用品的添加，生产所得的竹炭竹醋还需经过较为复杂脱毒处理才能用于民用，否则可能对人体和环境造成负面影响。 （3）采用燃烧加热法时通常会因燃烧不彻底生成大量有害气体，一旦处理不当排放至空气中会造成严重的环境污染，同时由于燃烧的材料多为木材或竹材本身，在生产过程中会造成大量森林资源的浪费。而采用电加热法，尽管较为环保，但其产量很低，且成本投资较大。 针对传统竹炭竹醋生产设备存在的问题，作品首次采用了微波作为了能量源。经过对相关学术论文或科技成果检索发现，当前国内外均没有将工业微波技术应用于竹炭竹醋生产的研究。作品对微波热解的引入从根本上解决了传统生产设备竹料利用率不高、能源效率低、产物质量差、环境污染严重等问题。 另外，尽管近年来国内外对微波热解技术的研究在很多方面实现了较大突破，但其研究很大程度上都只是停留在实验室阶段，并没有较为系统地给出微波热解技术在工业应用和技术推广方面的策略，因此对于实践的指导意义通常不强。 作品首次将微波热解技术引入竹炭竹醋生产进行设备设计，并综合考虑技术产业化和市场推广的现实，通过专业工业设计软件Pro ENGINEER给出了设备的完整结构及部件细节，并对包括微波源功率在内的关键参数进行了设定，形成了可以直接作为工业制造依据的设计方案，具有很高的可行性。因此，作品不仅能填补当前国内外微波生产竹炭竹醋研究的空白，同时也能为竹炭竹醋相关生产工艺的优化以及其他工业微波技术的应用提供具有前瞻性和创造性的意见。
