施工工艺参数

2024-05-11

施工工艺参数(共10篇)

施工工艺参数 篇1

摘要:平整度是沥青路面竣工验收与养护评定的重要指标。结合一级公路沥青路面改善工程,重点分析了拌和、运输、摊铺、碾压过程中施工工艺对沥青路面平整度的影响;针对试验段平整度不足的现象及成因,提出了合理的温度控制范围、摊铺速率、夯锤夯击频率、熨平板振动频率及碾压工艺。全路段检测结果表明,严格控制施工工艺能够有效保证沥青路面平整度。

关键词:沥青路面,平整度,施工工艺,控制措施

快速、舒适、经济、安全、环保是公路设计的基本原则。平整度直接影响行车的舒适性与安全性,是沥青路面质量评定的一项重要指标。因此,沥青路面平整度的改善与提高一直备受社会关注,国内学者对其进行了大量研究,取得了许多成果,刘治龙[1]以郑少高速沥青路面实体工程为依托,为确保良好的平整度指标,提出了适用于该路段的施工工艺;魏芝玲[2]以G316线江天公路路面整治工程为例,分析了沥青平整度的影响因素;牛振辉[3]将沥青路面平整度因素分为施工因素和非施工因素,并结合实例运用概率分布理论建立模型,提出合理的控制措施;吴昊[4]根据实体工程调研指出影响通车后沥青路面平整度的因素,并提出处治措施。

本文以某一级公路沥青路面改善工程为依托,重点分析施工机具及沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压过程中施工工艺对沥青路面平整度的影响,提出针对性强的控制措施,并将研究成果应用于实体工程中,通过检测平整度指标进行效果评价。

1 工程概况

该一级公路为双向4车道,设计车速为80km/h,2010年建成通车,全长6544m。由于该路段经过多年车辆荷载作用,路面存在较多裂缝与车辙病害。对旧沥青路面路表状况进行检测,检测结果见表1。

从表1可以看出,该路段存在较多的路面破损及车辙病害,平整度指标严重超标,但路面结构强度良好。因此,为节约工程造价,拟采用直接加罩4cm改性沥青AC-13的维修方案来恢复路面使用性能。旧沥青路面调研表明平整度超标严重主要是由于路面车辙、破损及面层施工过程中混合料的摊铺、碾压与接缝处理问题导致原路面不平整;而研究表明,下卧层平整度超标对于平整度会产生一定影响。因此,需通过合理的施工机械匹配及施工工艺来保证沥青面层具有良好的平整度指标。

2 施工过程中存在的问题

2.1 试验段平整度检测结果

在全路段正式施工之前,先铺筑300m试验段,并对试验段平整度及压实度指标进行检测,检测结果见表2。

从表2可以看出,试验段沥青路面平整度指标仅一个段落够满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F4 0-2 0 0 4技术要求。压实度都能够满足要求,这说明试验段选用的碾压功率能够满足要求,但需改进施工工艺,提高平整度。

2.2 平整度超标成因分析

由于试验路段采用同一批次原材料,稳定性较好,因此导致沥青路面平整度超标的原因主要集中在沥青混合料的拌和、运输、摊铺及碾压工艺上。

(1)拌和

级配、油石比与温度是沥青混合料拌和过程中的关键控制点。在试验施工过程中发现在摊铺碾压过程中出现了花白料、离析、推移等现象;这主要是由于混合料的级配与油石比控制不稳定,导致配合比变异性较大;同时温度检测发现混合料出料温度波动在20℃左右。配合比与温度的变异性导致沥青路面碾压时混合料内部摩阻力出现差异,在相同的碾压功率下导致面层压实后厚度不均匀,最后则通过平整度指标表现出来。

(2)运输及摊铺

由于沥青拌合站离施工路段较远,受沿线交通的影响混合料运输时间波动性大,施工现场等料现象严重;试验段摊铺速度为4.5m/min,同时为确定合理的摊铺机夯锤夯击频率及熨平板振动频率,每100m调整一次。由于松铺系数K受摊铺工艺的影响较大,通常摊铺速度越慢,锤夯击频率及熨平板振动频率越大,松铺系数K越小。研究表明[5],不平整度传递系数与松铺系数呈正相关关系,如图1所示。

试验由于摊铺速度较快,摊铺机夯锤夯击频率及熨平板振动频率不合理,导致松铺系数过大,从而导致沥青路面平整度指标过大。而本工程沥青面层较薄,局部位置由于夯锤夯击频率过大,导致面层出现“搓板”现象,影响平整度。因此,在摊铺过程中必须保证合理的运输车辆的配合及摊铺速度,及时调整摊铺机夯锤振幅及频率。

(3)碾压

初压、复压及终压的温度控制、碾压速度及碾压功率,往返搭接处的碾压处理,压路机的启动与制动是影响沥青路面平整度的直接因素。试验段碾压过程中发现纵向、横向接缝碾压效果不好,影响平整度指标。

综上所述,沥青路面面层施工过程中,在保证原材料与施工机具一致的前提下,沥青混合料的拌和、运输、摊铺及碾压等施工工艺会对沥青路面平整度产生严重影响。

3 施工工艺控制措施

根据上述分析结果,结合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004[6]要求及工程实践经验提出针对性较强的施工工艺控制措施。

3.1 温度控制

由于沥青是一种粘弹性材料,受温度影响较大,因此在拌和、运输、摊铺及碾压时都必须严格进行温度控制。针对试验段出现的问题,提出表3中的温度控制要求。

温度监控具体要求如下:

(1)严格控制出料温度,温度超过195℃则整仓料按废料处理;

(2)采用水银温度计实时检测摊铺温度;

(3)保证摊铺、碾压工艺的连续性,严控碾压温度。

3.2 拌和

在进行沥青混合料拌和之前必须保证集料、填料及沥青满足设计要求,减小原材料的变异性,堆料场做好场地硬化,不同规格石料间做好隔离措施,避免石料污染。混合料的拌和严格按照先投入粗、细集料、沥青、矿粉的投入顺序,拌和时间不少于60s;对于改性沥青或粘度较大的沥青应适当延长拌和时间。拌和流程图如图2所示。

3.3 运输及摊铺

混合料运输过程中必须采取遮挡措施,并合理安排交通组织,保证运输畅通。摊铺速度控制、熨平板振动频率及夯锤夯击频率、自动调平装置是沥青混合料摊铺过程的关键控制项目。

(1)摊铺速度

摊铺速度需满足低速、匀速的要求,才能保证摊铺厚度的均匀,从而降低由于摊铺工艺对平整度的影响。摊铺速度取决于拌和、运输及摊铺机能力的匹配性。摊铺速度越小,预压实度越高,松铺系数越小,在相同的碾压功率下则平整度差异性越小。摊铺速度应根据式(1)确定。

式中:v—摊铺速度,单位:m/min;

Q—拌和楼产量,单位:t/h;

ρ—压实后沥青混凝土毛体积密度,单位:t/m3;

W—摊铺宽度,单位:m;

T—碾压完毕后平均厚度,单位:cm;

C—摊铺机效率系数,通常取0.9。

由于该拌和楼产量为280t/h,摊铺宽度为11m,厚度为4cm,在保证运输能力匹配的前提下,根据式(1)确定摊铺速度为4m/min。

(2)熨平板振动频率与夯锤夯击频率

熨平板越平则摊铺的混合料厚度越均匀,熨平板振动频率及夯锤夯击频率越高则摊铺后的沥青混合料预压实度越大,松铺系数就越小,不平整度传递系数越小,那么在相同的碾压工艺下平整度越高;但对于厚度较薄的面层,则应该合理控制夯锤夯击频率,否则会由于夯锤夯击频率过大,导致面层出现“搓板”现象,影响平整度。在300m试验段中,每100m调整一次摊铺机的夯锤夯击频率及熨平板振动频率,结果见表4。

从表4可知,当摊铺速率为4m/min时,应选用夯锤夯击频率5档,熨平板振动频率为3.5档。当摊铺厚度较薄时,可以适当降低档位;厚度较厚时可适当降低摊铺速度。

(3)自动调平装置

摊铺机应安装先进的自动调平装置,减小下卧层不平整度对面层的影响。

3.4 碾压

沥青路面碾压过程中碾压机械的振动频率与振幅及碾压路线、速度、遍数都会对平整度产生重要影响。

(1)振动频率与振幅

沥青路面应根据摊铺厚度和试验段碾压效果确定合理的频率和振幅,并尽量采用高频、低幅的碾压机械。当压路机出现反弹、矿料被压碎或侧向移动时应减小振幅;当压实度不满足要求时则应适当增大振幅或改进碾压工艺。

(2)碾压路线、速度及遍数

沥青路面碾压通常遵循以下原则:

(1)直线下由低向高处碾压;

(2)曲线时由内侧向外侧碾压;

(3)压路机每次启动与制动不在同一横断面;

(4)初压、复压、终压保证每次重叠1/3轮宽。

碾压速度见表5。

初压宜采用钢轮压路机静压,碾压遍数为3~4遍;复压宜采用振动压路机,碾压遍数控制在4~6遍;终压采用轮胎压路机,并需派专人在胶轮表面涂抹食物油,提高胶轮压路机的揉搓力,终压应直至路表无压痕为止。

4 平整度检测及效果评价

严格控制全路段沥青加铺层原材料质量,并按照前文的施工工艺进行拌和、运输、摊铺及碾压;施工过程中没有出现级配不稳定、混合料离析、碾压推移等现象。施工完毕后,组织检测单位对路面各项指标进行验收,其中平整度与压实度指标见表6。

从表6可以看出,全路段的平整度与压实度指标均能够满足规范要求,表明在保证原材料与施工机具一致的前提下,严格控制沥青路面的拌和、运输、摊铺及碾压工艺能够有效控制沥青路面平整度。

5 结语

平整度是沥青路面竣工验收与养护评定的重要指标。本文以某一级公路沥青路面改善工程为依托,通过对试验段平整度的检测及评价重点分析了沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压过程中施工工艺对沥青路面平整度的影响;针对试验段中出现的问题,提出了合理的温度控制范围、运输条件、摊铺速率、夯锤夯击频率、熨平板振动频率、碾压工艺。并将改进后施工工艺应用于实体工程中,结果表明在保证原材料与施工机具一致的前提下,严格控制沥青路面的拌和、运输、摊铺及碾压工艺能够有效控制沥青路面平整度。

参考文献

[1]刘治龙.郑少高速公路改性沥青路面平整度控制技术研究[D].长沙:长沙理工大学,2007.

[2]魏芝玲.浅谈沥青混凝土路面施工工艺对路面平整度的影响[J].科技视界,2015(19):236+271.

[3]牛振辉.路面施工平整度控制方法研究[D].西安:长安大学,2007.

[4]吴昊.沥青路面平整度的影响因素和施工控制[J].北方交通,2012(8):38-40.

[5]吴刚.沥青混凝土路面平整度控制研究[D].成都:西南交通大学,2003.

[6]中华人民共和国交通部.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

施工工艺参数 篇2

关键词: 激光打标; ABS; 评价方法; 工艺参数

中图分类号: TN 24文献标志码: Adoi: 10.3969/j.issn.10055630.2015.02.011

Analysis of infrared laser marking technical parameters of

acrylonitrilebutadienestyrene copolymer

JIANG Shilei, YANG Guofeng, ZHANG Jin, SUN Guobin

(School of Photoelectrical Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021, China)

Abstract: In this paper, we analyze the influence of different color ABS materials over the laser marking performance. The acrylonitrilebutadienestyrene (ABS) materials with white, pink, red, blue and black are radiated by the Nd∶YAG1064 nm pump laser with different power, frequency, focal length and other parameters. Then we characterized the microstructure of materials. The results show that different colors of ABS materials have different emission characterisitics. The substrate color of ABS material has a greate incluence on laser emission. Finally we got the optimized parameters, providing a reference for further study.

Keywords: laser marking; ABS; evaluating method; technical parameters

引言激光打标是利用激光束的高能量密度使工件表层材料发生化学或物理变化,从而在工件表面留下永久性标记的技术[1]。与传统的电化学、机械等标记方法相比,激光打标具有无污染、高速度、高质量、灵活性大、不接触工件等优点,在工业、国防、科研等许多领域具有广泛的用途[2]。近年来,随着各类激光器的不断发展,以及计算机控制技术的发展和光学器件可靠性的提高,目前激光打标正逐渐取代传统的标刻方式,其应用越来越广,并成为行业的主流技术,甚至形成新的工业标准[34]。ABS材料即丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(acrylonitrilebutadienestyrene,ABS),是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物。苯乙烯和丁二烯的结合,使得ABS树脂具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定、易于机械加工以及良好的化学性和电性能等优异的综合性能,在电子电器、仪器仪表、汽车、建材工业和日用制品等领域获得广泛的应用[5]。为了使用的需要往往要求透过其表面在基底进行标识,在提高其易辨识性和可追溯性的同时,提高耐用性。激光打标技术在ABS塑料制品标识方面已经得到了越来越广泛的应用[6]。1激光打标工艺过程

1.1激光打标系统

激光打标系统是激光器、振镜扫描系统、红光指示器、控制箱、工控机和电源的高度集成系统,其系统图1系统组成

Fig.1System Components

图2经Q调制后产生激光脉冲示意图

Fig.2Laser pulse after Q modulation

组成如图1所示。打标系统对材料的作用机理是:作用在材料上的激光束因热效应使局部材料快速气化或引起材料性质的改变,从而在材料上留下永久的标记。其效果主要取决于激光束作用在工件材料上的功率密度及作用时间。Nd∶YAG激光打标机的加工工艺过程如下:连续激光被Q调制后产生的激光脉冲,由安装有X、Y轴的扫描振镜控制并沿着图形和文字的点阵路径或矢量路径进行标刻,其光斑距离为两相邻激光脉冲间的尺寸,Q调制后产生激光脉冲示意图如图2所示。光学仪器第37卷

第2期蒋世磊,等:ABS材料红外激光打标工艺参数分析

由图1可以看出,激光束对材料的作用不仅取决于脉冲激光束的峰值功率、平均功率和光斑大小,还取决于激光脉冲在工件材料上的重叠度。其中光斑大小可根据需要选择合适焦距的扫描镜来确定,激光束的峰值功率、平均功率可由Q频率和脉宽(占空比)控制,激光脉冲的重叠度则通过扫描速度及Q 频率综合调节[7]。

1.2打标参数(1)电流:激光电源的电流设置直接关系到激光输出的能量,能量越大可以适当增加打标的速度和声光频率,但不适合精细标刻的要求。(2)频率:是指单位时间内激光出光数目。相同电流情况下,频率低时有高的峰值功率,激光输出能量大,但平均功率过低;频率高时有高的平均功率,但峰值功率过低,相当于连续激光输出。 (3)速度:指单位时间内激光所走的距离。速度一般和频率有关,当速度太快、频率太低时线条不连续。(4)离焦:一般焦点在加工平面以下为正偏焦,焦点在加工平面以上为负偏焦。是否采用离焦取决于打标的材料及其想要的效果。一般标刻加工面必须在焦点上,即光斑直径最小、能量最高的点。而对于ABS材料要选择正偏焦,这样达标效果会更好。2实验结果与讨论在不同材料、不同颜色及不同表面处理方法的工件上,对激光功率、重复频率、标刻速度、离焦等工艺参数进行组合工艺试验。对试验结果进行研究分析,找出各工艺参数单独作用和共同作用时分别对ABS材料标刻质量的影响规律,不断修正工艺参数,以得到满意的加工效果。实验采用端泵浦激光打标设备,其主要技术参数为:激光波长1 064 nm、激光功率10 W、场镜焦距160 mm。试验所用的各种基底颜色的ABS材料,均对1 064 nm波长激光吸收较好,能得到较好的标刻质量。激光打标工艺参数及图形对于ABS材料激光打标性能具有显著的影响,因此可以通过调整工艺参数表1不同颜色ABS材料调试参数

nlc202309040206

Tab.1Testing parameters of different color of

ABS materials

颜色加工次数/次速度/(mm·s-1)频率/kHz黑65008蓝52003.5红42202.5粉11003白21202.35

来获得令人满意的激光打标效果。分别测试了五种颜色样品,表1为实验结果,由表可见,颜色由深到浅参数都呈一定趋势变化。实验过程中激光功率为总功率的50%,填充线间距为0.05 mm,结合ABS材料性能分析,打标的最佳效果不宜在焦点处,因此选择正偏焦0.8 mm处。对这五种样品从视觉效果来看,对样品打标的清晰度和醒目度最好。图3为不同基底ABS材料打示效果图。

图3不同基底ABS材料打标效果图

Fig.3Photos of laser marking with different substrate colors

以上工艺条件下的激光打标效果对比度高,可视为最佳工艺参数,通过肉眼很难判断,并且每个人的评价标准也相差很大,因此以上数据均取平均值并给出放大后的图片。图4为白色ABS材料的3种激光打标效果图:图4(a)样品打标效果颜色发黑,主要原因是激光能量过大,打点间隔过近(工艺参数为加工

图4白色ABS激光打标效果评价图

Fig.4The comparison of white ABS laser marking effect

次数6次、速度300 mm·s-1、频率5 kHz);图4(b)样品打标效果颜色不均匀,主要原因是激光能量略大,打点速度过慢(工艺参数为加工次数6次、速度400 mm·s-1、频率8 kHz);图4(c)样品打标效果颜色均匀(工艺参数为加工次数2次、速度120 mm·s-1、频率2.35 kHz)。图5为蓝色ABS材料的3种激光打标效果图:图5(a)样品打标效果颜色不均匀,对比度差,主要原因是激光能量过大,打点间隔和线填充间距过近(工艺参数为加工次数7次、速度300 mm·s-1、频率5 kHz);图5(b)样品打标效果颜色不够饱满,主要原因是打点间隔和线填充间距过近(工艺参数为加工次数6次、速度200 mm·s-1、频率5 kHz);图5(c)样品打标效果颜色均匀,对比度清晰(工艺参数为加工次数5次、速度200 mm·s-1、频率3.5 kHz)。5种不同颜色ABS材料最佳工艺参数如表1所示。

图5蓝色ABS激光打标效果评价图

Fig.5The comparison of blue ABS laser marking effect

根据实验可以得到以下结果:(1)深色背景显示浅色标记深色基底ABS材料在激光照射下会有效吸收激光束能量,表面的黑色颜料在高温下会蒸发掉并露出深层白色颜料并在深色ABS材料表面产生对比强烈的浅色标记,一般浅色为黄色或白色,标记越白对比度就越突出,打标效果就越好,对比度主要受频率影响。由于深色对激光吸收效果强,结合ABS材料本身性能等因素,采用小功率激光,多次加工,这样打标效果颜色均匀,对比度更为突出。(2)浅色背景显示深色标记与深色ABS材料容易进行激光打标相比,白色ABS材料的激光打标性能则要差很多。这是因为白色ABS材料对1 064 nm波长的激光吸收性没有黑色强,不能将大部分光能转化成为热能。因此白色ABS需要在打标工艺参数设定、频率和填充的线间距要求很高的情况下才能打出满意的激光标记。3结论通过标刻实验,获得的不同基底颜色ABS材料的最佳工艺参数,对不同工艺条件下的打标样品进行了微观观测,准确地评价ABS材料的激光打标效果,详细分析了激光工艺参数对标刻质量的影响。所得结果已经在企业中投入使用。参考文献:

[1]曹凤国.激光加工技术[M].北京:科学出版社,2007.

[2]王建平,李正佳,范晓红.激光打标系统及工艺参数的分析[J].光学与光电技术,2005,3(3):3235.

[3]周永飞,赵海峰,黄子强.激光打标系统及工艺研究[J].电子设计工程,2011,19(2):126129.

[4]袁根福.激光加工技术的应用与发展现状[J].安徽建筑工业学院学报:自然科学版,2004,12(1):3034.

[5]孟繁博.ABS材料的市场需求和竞争力[J].天津商学院学报,2007,27(6):7174.

[6]李姣.PMMA/ABS热塑性塑料激光透射焊接机理和工艺的研究[D].上海:上海交通大学,2008.

[7]思源.聚碳酸酯和ABS树脂激光标记的研究[D].上海:上海交通大学,2010.

(编辑:张磊)

优化工艺参数提高熟料质量 篇3

我公司2500t/d新型干法水泥熟料生产线由南京水泥工业设计院设计,烧成系统采用ϕ4.0m×60m回转窑带五级旋风预热器高原型NDSP52分解炉,近年来经多次技术改造,己达到2600t/d熟料。此前熟料强度都比较稳定,但近期却出现熟料强度下降现象,经过一个多月的努力,对熟料配料方案进行了优化,在生产实践上取得了一定成效,熟料3d抗压强度达到30MPa左右,28d抗压强度达到60MPa以上。

2

窑系统主机设备(表)

3 原燃材料化学分析

原材料的化学成分见表2,煤的工业分析见表3。

4 近期熟料化学分析和抗压强度

从表4可看出,熟料28d强度低,只有54MPa,在某种程度上影响了水泥质量的稳定性。为稳定出厂水泥强度,只好提高出磨水泥比表面积,降低混合材掺加量,在一定程度上增加了生产成本。

5 采取的措施

5.1 优化熟料配料方案,调整熟料三率值

众所周知,熟料强度主要来源于硅酸盐矿物,而C3S的多少对熟料强度的高低取决定性的作用,据相关资料介绍,当硅酸盐矿物含量一定时,C3S含量占硅酸盐矿物总量≥70%时,熟料28d抗压强度可达到1年强度的80%,而当C2S占总量的70%时,熟料28d抗压强度只能达到1年强度的40%左右。故要提高熟料强度,就必须适当提高熟料KH值和SM值,以此来提高熟料中硅酸盐矿物总量及C3S的含量。

熟料中Al2O3和Fe2O3的主要作用是提供一定的液相量,有利于C3S的形成。而熟料AM值代表了熟料中Al2O3和Fe2O3的相对含量,AM值越高,熟料中的Al2O3含量越高,反之则Fe2O3的含量越高。Al2O3含量越高,熟料的液相量会相对提高,但液相粘度会大大提高;而Fe2O3的含量越高,则熟料的液相量会相对减少,但液相粘度会大大下降。因此,选择适当的AM值对熟料的煅烧是至关重要的,而煅烧质量的好坏又直接影响到熟料强度的高低。起初,我们并未重视对AM值的控制,但在生产实践中发现,总有那么一两天熟料强度会突然下降2~3MPa,而熟料KH值与SM值并无太大的变化。经仔细分析发现,这几天熟料Al2O3的含量全部低于4.7%,且熟料AM值较低。经查资料发现,熟料中Al2O3的含量在一定范围时,熟料强度会随Al2O3含量的提高而上升。

根据以上分析并结合公司当前实际,将熟料三率值由原来的KH=0.90±0.02,SM=2.30±0.1,AM=1.40±0.1调整为KH=0.910±0.02,SM=2.60±0.1,AM=1.60±0.1。

5.2 优化系统操作,确保风、煤、料、窑速的平衡

(1)熟料煅烧对熟料质量的影响举足轻重,熟料煅烧的重点在于窑系统操作参数的稳定,具体到操作就是预分解窑不仅存在总风量的调节问题,而且存在风的分配、窑内通风和三次风的匹配问题。三次风板的开度是比较重要的,当三次风门开度过小,会降低入窑生料分解率,增加窑的负荷,C5筒出口温度与分解炉出口温度可能出现倒挂,分解炉煤粉燃烧不完全,造成结皮堵塞现象;三次风门开度过大,易造成窑内供氧不足,煅烧气氛变差,窑内热力强度大幅下降,煤管黑火头虽然短,但窑电流偏低,仅300A左右(正常时420A左右),形成短焰急烧,烧成带长度和温度不够,稍有不慎就跑生料,fCaO偏高,同时由于窑内的还原气氛加剧,窑内28~30m、38~40m处长厚窑皮,甚至结后圈,产量下降,影响熟料烧成。根据实际情况,通过调节入分解炉三次风阀的开度来调节窑内和三次风量,找出三次风阀的合理开度,提高入窑生料的表观分解率,降低窑的负荷,提高窑系统的热利用率,优化热工制度,保证窑、三次风的平衡。

(2)实行“薄料快转”制度。回转窑的窑速随喂料量的增加而逐渐加快,在保证窑电流平稳的情况下,我公司窑速从3.4r/min提高到3.8r/min,实行“薄料快转”的操作制度,提高熟料质量。一是窑速快,窑内料层薄,窑内填充率降低,生料与热气体之间的热交换好,物料受热均匀,煤粉燃烧空间加大,进入烧成带的物料预烧好。如果遇到垮圈、掉窑皮或小股塌料,窑内热工制度稍有变化,增加一点喂煤量,系统很快就能恢复正常。二是窑速快,可加快CaO与C2S反应生成C3S的速度,保证发育良好的阿利特晶体,提高熟料强度。如窑速太慢,窑内物料层厚,物料与热气体热交换差,窑内还原气氛增加,容易出现短焰逼烧,产生黄心料,熟料fCaO也偏高。同时大量未燃尽的煤粉落入料层造成煤粉的不完全燃烧,为结蛋或结圈留下隐患。

(3)篦冷机采用厚料层操作。为提高篦冷机对熟料的冷却能力,我们采取厚料层操作。因为增加料层厚度,能使冷却风与熟料有充分的热交换条件,增加风料接触面积和延长接触时间,充分的热交换使热熟料得到有效的冷却,并使冷却熟料后的热风温度得到提高,有利于热回收,而且厚料层操作能显著提高单位篦床面积产量,为提高熟料质量创造有利条件。我公司一段篦床熟料厚度由原来的400mm左右提高到现在的600~800mm,一室篦下压力由原来的3200Pa提高到现在的4000~4500Pa,由于采用厚料层操作,提高了气体同熟料的热交换效率,使得二次风温由原来的980~1010℃提高到1050~1100℃,提高了煅烧温度,同时也提高了对KH、SM较高的物料的适应性,提高了硅酸盐矿物总含量。熟料烧成过程中主要发生如下反应:C2S+CaO→C3S,煅烧温度提高可促进上述反应的进行,减少f CaO,增加C3S。

(4)调节窑头和分解炉用煤比例。熟料煅烧系统,其总耗煤量一般取决于入预热器生料的化学成分和量。而预分解窑系统的窑、炉喂煤量的调节及比例分配也是非常关键的。通常分解炉的用煤量主要根据入窑生料分解率、分解炉出口温度、C1出口气体温度进行调节。如果风量分配合理,但入窑生料分解率低,C1出口气体温度低,说明分解炉用煤量过少;如果分解炉用煤量过多,则预分解系统温度偏高,热耗增加,甚至出现分解炉内煤粉燃尽率低,煤粉跑到C5内继续燃烧,致使预分解系统产生结皮或堵塞的现象。

(5)加强密封,提高热效率。加强对预热器系统各级外漏风的处理。回转窑漏风会增加系统废气量,减少合理条件下的有用烟气通过量;大量的漏风还会影响工艺操作的不稳定性,导致回转窑产质量下降;回转窑的漏风还会减少由篦冷机进入窑内的二次风量和回收入窑的总风量,对于三次风和分解炉系统,漏风则会减少进入炉内的三次风量和回收入分解炉的总风量;漏风量过大,会降低烧成系统的有效通风能力,导致系统操作的不稳定和有效通风能力的下降,降低熟料的产质量。

(6)稳定喂料量。喂料量的波动将导致窑系统参数和热工制度的不稳定,当喂料量波动频繁,窑尾提升机电流超过5~8A波动时,就会对窑系统产生难于用操作来弥补的影响,造成预热器系统压力及分解炉出口温度波动较大,预热器各处积料增加,窑内热工制度紊乱,使熟料强度降低,严重时会出现预热器塌料、堵塞等现象,必须稳定均化库下料量,为熟料煅烧打下良好的基础。

6 结语

通过一个多月的工艺系统优化,我公司的熟料28d强度得到了很大提高,矿物组成、熟料外观、物理性能都得到了相应改善。

(1)要提高熟料强度,必须在提高熟料中C3S含量的同时提高熟料中硅酸盐矿物的总量,即要坚持高KH、高SM配方思路。

(2)要控制熟料AM值,既不能过高影响熟料液相粘度,又不能过低而影响熟料强度,在实际生产的基础上同时关注铁铝含量的控制。

(3)采用此配料方案的前提是确保原燃料质量,特别是烟煤发热量要高,以保证窑内较强的热力强度,在煅烧上必须采用高温煅烧方式,只有这样才能获取较高的熟料强度。否则可能导致煅烧因难,熟料质量下降。

施工工艺参数 篇4

关键词 莲子 ;抗性淀粉 ;微波

分类号 S645.1 ;TS231

Microwave Preparation of Resistant Starch from Lotus Seeds

LIN Shan1,2) HUANG Cancan1) WU Xiaoting1) ZHANG Yi1,2)

(1 College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University,

Fuzhou, Fujian 350002, China;

2 Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology

in Special Starch,Fuzhou, Fujian 350002, China)

Abstract Lotus seed native starch was applied to prepare lotus seed retrograded starch and used as raw material by microwave method. The process parameters of lotus seed resistant starch were optimized by using single factor and orthogonal optimization analysis. The results indicated that starch concentration had the greatest impact on the yield of lotus seed resistant starch, microwave treatment time and microwave power was followed.The best conditions for microwave preparation were starch concentration 15%, microwave treatment time 120 s, microwave power 640 W, the yield of resistant starch was 39.56% under these conditions, less than autoclaving and ultrasonic-autoclaving process. However,with microwaving process, lotus seed resistant starch was easy to acquire and needed shortest time,it can be used wildly in industrial applications or large quantities of preparation in the laboratory.

Keywords lotus seeds ; resistant starch ; microwave

回生淀粉RS3,是淀粉糊化后再冷却回生形成的[1]。这类淀粉在回生过程中淀粉分子重新聚集成有序的结晶结构,阻碍酶作用于结晶区的葡萄糖苷键,从而具有抗酶解性[2]。RS3有益于人体健康,可促进肠道代谢,增加肠道内容物含量,特别是短链脂肪酸含量[3];可降低进食后血糖指数和胰岛素分泌,控制II型糖尿病患者的血糖含量[4-5];还可促进机体对钙、镁离子的吸收,防止脂肪堆积。同时在食品加工中,RS3由于热稳定性相较于其他类型的抗性淀粉强,常常作为食品添加剂使用,RS3 能够改善油炸食品色泽[6];同时使酸奶拥有较优的感官品质[7];增加面包含水量,从而使面包更加松软[8]。由于RS3拥有较高的商业价值,目前已成为国内外学者的研究热点。目前RS3的制备方法有压热法、化学酶解法、微波辐射、螺杆挤压法以及超声波辅助压热法等;已有学者采用微波法将玉米[9]、绿豆[10]、马铃薯[11]等原料制成抗性淀粉,郝征红[10]等用超微粉粹-微波连用技术制备绿豆抗性淀粉,经过工艺优化将抗性淀粉得率提高到 32.80%;夏德东等[11]用微波-酶解复合法制备马铃薯抗性淀粉,制备出的抗性淀粉耐酸性较强,可广泛应用于酸性食品。

福建省建宁县所产的莲子营养丰富,药用价值高,是传统的药食两用食品之一。曾绍校[12]研究发现,莲子中淀粉含量较高,超过莲子干重 50%,且直链淀粉更是高达40%以上,接近绿豆淀粉含量;卓晓红[13]对莲子淀粉分子特性研究发现,莲子淀粉具有主链长、支链短、分支度少的特点,导致莲子淀粉易老化。因此,莲子具有良好的抗性淀粉制备潜能。

笔者以建宁速冻鲜莲为原料,通过湿磨法获得莲子淀粉,采用微波处理制备莲子抗性淀粉,研究淀粉乳浓度、微波功率和微波时间3个单因素对莲子抗性淀粉LRS3得率的影响。采用I. Go i等[14]的测定方法测定抗性淀粉得率,运用正交法优化莲子抗性淀粉工艺参数,为莲子淀粉商业化应用提供理论依据。

1 材料与方法

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1.1 材料

鲜莲:购自绿田(福建)食品有限公司;α-淀粉酶(10 000 U/mL):购自美国ANKOM公司;葡萄糖淀粉酶(ANKOM):购自阿拉丁(上海)有限公司;柠檬酸、磷酸氢二钠、醋酸、氢氧化钾、3,5-二硝基水杨酸、苯酚,均购自国药集团化学试剂有限公司(分析纯)。

MJ-60BM01A美的搅拌机(广东美的集团有限公司);RX-50全自动逆渗透纯水机(泉州市水之源环保科技有限公司);M700美的微波炉(广州市美的集团有限公司);XCD-235H新飞卧式微冻冷冻箱(河南新飞电器有限公司);101-0ES数显电热鼓风干燥箱(济南金光仪器设备制造有限公司);Starter 300便携式pH计(美国奥豪斯上海有限公司);THZ-82A水浴恒温振荡器(江苏荣华仪器制造有限公司);L-530型台式大容量低速离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司);T6新世纪紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 莲子原淀粉提取工艺

一定质量真空包装的新鲜冻莲解冻后,加入2倍质量的去离子水置于搅拌机中搅碎成莲子浆,浆液过100目筛纱布,加2倍去离子水稀释搅拌后静置沉淀8 h,在此过程中保持温度20 ℃,以防止浆液发酸。待淀粉完全沉降后弃去上清液,用去离子水清洗沉淀表面,再次搅拌沉淀后在同样的温度下静置,直至淀粉与水完全分层,弃去上清液。最后用去离子水清洗沉淀表面后置于45℃的烘箱烘干至淀粉含水率为11.8%[12],取出密封保存。

1.2.2 微波法莲子抗性粉制备工艺

烘干的莲子淀粉加入适量去离子水配制成不同浓度的淀粉乳溶液,经充分搅拌后,立即于微波设备中以一定的功率处理一段时间。待回生之后取出淀粉糊冷却至室温,于4℃冰箱中冷藏12 h。回生结束后,50℃烘干。最后经粉碎、过筛、纯化后制得莲子抗性淀粉[1]。

1.2.3 莲子抗性淀粉得率测定

粗提的莲子抗性淀粉样品加一定量的去离子水配成乳液,调节pH 6.0~7.0,加过量的α-淀粉酶,90℃酶解 2 h;调节pH 4.0~4.5,加过量葡萄糖淀粉酶,60 ℃酶解 1 h。然后将样品在4 000 r/min 下离心10 min,弃上清液,用去离子水洗涤沉淀,离心,重复2次。在沉淀中加入一定量2 mol/L KOH溶液,剧烈振荡30 min,充分溶解抗性淀粉。再调节溶液pH至4.0~4.5,加入过量葡萄糖淀粉酶,60℃ 酶解1 h。样品在4 000 r/min 下离心10 min,收集上清液至100 mL 容量瓶中,用蒸馏水洗涤沉淀,离心,重复2次,合并上清液,最后定容[1]。用DNS法测还原糖含量,抗性淀粉得率如公式(1)

Y(%)=×100%(1)

式中:Y-抗性淀粉得率,%;W1-还原糖的含量,g;W2-莲子淀粉干基质量,g。

1.2.4 单因素试验设计

影响莲子抗性淀粉生成的主要因素有:淀粉乳浓度、微波功率、微波时间。为确定各因素最佳范围,以抗性淀粉得率为指标,按表1进行单因素试验。

1.2.5 正交优化设计

根据单因素试验结果,利用L9(34)正交试验对微波法制备莲子抗性淀粉的工艺参数进行优化。其因素水平表见表2。

1.2.6 数据处理方法

应用Excel 2007 对数据进行处理,DPS 7.05对数据进行多重比较分析,p<0.05。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线

由吸光度对浓度进行线性回归分析,求得葡萄糖标准溶液曲线Y=0.478 0X+0.004 4,相关系数R2=0.999 9。如图1所示。图中:Y为在490 nm波长处测定的吸光度值;X为葡萄糖标准液的质量浓度(mg/mL)。

2.2 微波法制备莲子抗性淀粉单因素试验

2.2.1 不同淀粉乳浓度对微波法制备莲子抗性淀粉得率的影响

以淀粉乳浓度为单因素试验时,固定微波功率为400 W,微波时间为120 s。由图2可知,在淀粉乳浓度低于15% 条件下,莲子抗性淀粉的得率随着淀粉乳浓度的提高而增加;而在淀粉乳浓度高于15% 条件下,莲子抗性淀粉的得率却随着淀粉乳浓度的降低而减少。莲子抗性淀粉得率在淀粉乳浓度为15% 时最高。试验结果表明:淀粉乳浓度的不同影响着抗性淀粉含量的高低。当淀粉乳浓度过高时,淀粉链的运动受阻[15];当淀粉乳浓度过低,直链淀粉分子相互接近的概率减小,两者都不利于莲子抗性淀粉的形成。

2.2.2 不同微波功率对微波法制备莲子抗性淀粉得率的影响

以微波功率为单因素试验时,固定淀粉乳浓度为25%,微波时间为120 s。由图3可知,随着微波功率的升高,抗性淀粉得率呈先上升后缓慢下降的趋势,莲子抗性淀粉得率在微波功率为400 W时最高。当微波功率在80 W时,微波辐射的温度较低,莲子淀粉可能尚未糊化完全,不利于抗性淀粉的形成;在400 W时,几乎所有的淀粉分子均从破裂的淀粉粒中游离出来,呈无序状态[16],此时莲子淀粉充分糊化,抗性淀粉得率达到最高;而当微波功率继续升高时,可能会使直链淀粉过度降解,无法重新结合成抗性淀粉晶体,从而导致抗性淀粉含量下降。

2.2.3 不同微波时间对微波法制备莲子抗性淀粉得率的影响

以微波时间为单因素试验时,固定淀粉乳浓度为25%,微波时间为400 W。由图4可知,随着微波时间的增加,抗性淀粉得率呈现先上升后下降的趋势。莲子抗性淀粉得率在微波时间为90 s时最高。试验表明,在相同的微波功率和淀粉乳浓度下,微波时间太短或太长均不利于抗性淀粉的形成。当微波时间过短,淀粉糊化不完全,不易形成抗酶解的双螺旋结构[17],故此时抗性淀粉得率较低。当糊化时间过长,淀粉分子过度降解,产生相对分子质量较小的短直链淀粉,其分子扩散速度较大,较难聚集,影响抗性淀粉得率的提高[18]。

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2.3 正交优化微波法制备莲子抗性淀粉工艺

由表3可知,各因素对微波法制备莲子抗性淀粉得率的作用大小为:A(淀粉乳浓度)>C(微波时间)> B(微波功率),其最佳水平组合为A2B3C3,即当淀粉乳浓度为 15%,微波功率为640 W,微波时间为120 s时,计算[19]得出莲子抗性淀粉理论最高得率为Y=28.01+8.38+1.79+2.58=40.76%。

由表4可知,淀粉乳浓度(P=0.04)对莲子抗性淀粉得率的影响显著,而微波功率(P=0.70)和微波时间(P=0.61)对莲子抗性淀粉得率的影响不显著。

2.4 验证性实验

采用所得优化条件进行验证性实验,实验参数及得率见表5。结果显示,该条件下莲子抗性淀粉平均得率为(39.53%±0.5)%,与理论预测值40.76% 相差3.11%,因此通过正交优化后所得的最优工艺条件较为可靠。

2.5 不同制备方法抗性淀粉得率的对比

汪颖等[1]以压热法制备莲子抗性淀粉,在淀粉乳浓度30%、压热温度 111℃、压热时间10 min和淀粉乳 pH6~7的最优条件下抗性淀粉得率为41.89%;吴小婷等[19]以超声波辅助压热法制备莲子抗性淀粉,在最优工艺条件淀粉乳浓度 45%、超声波功率 300 W、超声波时间 55 min、压热温度 115℃、压热时间 15 min 条件下,抗性淀粉得率为 56.12%;本文以微波法制备莲子抗性淀粉,现3种制备方法制得莲子抗性淀粉得率对比如图 5 ,时间对比如表 6 所示。

由图5可得,3种方法制备抗性淀粉得率差异显著(p<0.05),效果最好的是超声波辅助压热法,其次是压热法和微波法,超声波辅助压热法得率是微波法的1.4倍;表6 可知,微波法制备抗性淀粉所需时间最短,然后是压热法和超声波辅助压热法,其中超声波辅助压热法用时是微波法的35倍。微波法制备抗性淀粉虽然得率最低,但所需时间短,适合用于抗性淀粉的工业化生产或实验室大批量制备。

3 结论与讨论

本文通过微波法制备RS3型莲子抗性淀粉,研究各影响因素的主次作用,可得主次因素依次为:淀粉乳浓度>微波时间>微波功率。验证实验得出,在淀粉乳浓度为15%,微波时间为120 s,微波功率为640 W条件下,莲子抗性淀粉的实际得率最高,最终得率可达到39.53%。

微波技术具有加热速度且均匀的特点,此技术在食品工业化生产中的应用越来越广。运用微波法制备 RS3 型抗性淀粉主要包括以下过程:淀粉乳溶液中的水分由于迅速的升温而蒸发汽化,淀粉颗粒体积膨胀,产生膨化效应,同时淀粉分子间氢键断裂,产生分子量较小的淀粉或糊精;冷却回生阶段,淀粉分子间的氢键又重新形成即回生淀粉的形成[20-21]。李周勇[11]等采用微波-酶解制备马铃薯抗性淀粉,在淀粉乳浓度15%、微波作用时间90 s、微波功率800 W 最优条件下,抗性淀粉得率为 17.2%;张钟[22]等将玉米淀粉经过酸水解处理后,以微波法制备玉米抗性淀粉,在最佳工艺条件淀粉乳浓度 29.1%,酸浓度 1.5%,酸解时间 2.4 h,微波功率 785 W,作用时间 18 s下,抗性淀粉得率为 12.3%;朱木林[23]等用微波辅助加热酶法制备甘薯抗性淀粉,确定其最佳工艺条件为:淀粉质量分数为 11%,微波时间为 300 s,微波功率 800 W,普鲁兰酶添加量为 78 ASPU/g(淀粉干基),脱支处理时间为 24 h,在该实验条件下,抗性淀粉得率最高值为 31.25%。以上学者均采用微波法制备抗性淀粉,但得率均低于本研究结论,原因可能是原料的初始淀粉含量、淀粉性质与微波条件的差异所造成。

目前单一制备抗性淀粉的方法中,压热法是最传统应用较广的方法,指的是含水量大于40%的淀粉溶液在一定温度和压力下进行处理,从而制备抗性淀粉[24]。,但是压热法制备所需时间长,使用时存在安全隐患[20],而微波法无压力要求,制备用时短,效率高,工艺安全。超声波辅助压热法是超声波与压热法相结合制备抗性淀粉的方法,除此之外还有,压热-酶法[25]、复合酶法[26]法等不同方法的结合,其中张焕[27]新用复合酶法制备抗性淀粉得率达到58.89%,是本文微波法得率的1.49倍,但采用此方法需要对抗性淀粉进一步纯化,步骤繁琐。虽然这些不同方法结合制备抗性淀粉的效果优于单一微波法,但这些方法工艺复杂、成本较高,并不太适合商业化生产,采用微波法制备抗性淀粉更加高效和安全,应用价值较大。

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糙米发芽工艺参数的研究 篇5

笔者通过设定不同浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间来探索糙米发芽的最佳工艺参数, 并对其进行优化, 以期快速获得糙米发芽条件, 节约生产成本, 提高生产效率。

1 实验所需材料与设备

实验材料为 “威优短种”籼稻谷。试剂和仪器设备为蒸馏水;次氯酸钠 (分析纯) ;HH-2 型显恒温水浴锅;GZX-9146MBE型电热恒温鼓风干燥箱;VJLGJ4.5 型检验砻谷机;HPX-9162MBE型电热恒温培养箱;Sartorius BSA124S型电子分析天平。

2 实验方法

2.1 发芽糙米的制备步骤

1) 稻谷的选取:选用籽粒饱满、整齐、粒质阴熟、裂纹粒少且无虫病害、发热霉变的稻谷作为实验对象。

2) 糙米的制备和筛选:将稻谷用检验砻谷机砻壳后过40 目的标准不锈钢筛, 得到含胚糙米, 糙米中无未成熟粒, 无胚米及石头等杂质。

3) 数样:数取糙米样品210 份, 每份100 粒。

4) 糙米的清洗和消毒:将糙米放入烧杯中, 用自来水冲洗3 遍, 洗去表面的糠粉和灰尘后再用蒸馏水冲洗3 遍, 沥干后, 用0.12 mol /L的次氯酸钠溶液消毒25 min, 再用纯净水冲洗3 遍。

5) 糙米的浸泡与萌芽:取糙米样品, 用消过毒的纱布包好置于烧杯中, 设置不同的时间, 放入特定温度恒温水浴锅中浸泡, 之后将样品取出放置于恒温培养箱中, 培养一定时间后取出样品计算每份糙米的发芽率, 根据数据作图比较。

6) 糙米的清洗、 酶活性的终止:将按设定时间进行浸泡和发芽后的糙米迅速取出, 用纯净水冲洗3 遍后, 再用75~80 ℃的热水进行灭酶处理10 min, 将水沥干待用。

7) 数粒:将沥干水后的发芽糙米倒入培养皿中, 用放大镜观察并数取发芽糙米粒数。

发芽率计算:发芽率=发芽糙米粒数/糙米总粒数×100%。

2.2 不同浸泡温度和时间对发芽率的影响

取18 份经第4 步骤处理后的糙米样品, 按第5步骤分别在25 ℃, 30 ℃, 35 ℃条件下的恒温水浴锅中浸泡 (重复3 次) , 分别浸泡4 h, 6 h, 8 h, 10 h, 12 h, 14 h, 在30 ℃ 恒温培养箱中培养20 h, 按第6 步骤、第7 步骤计算每份糙米的发芽率。

2.3 不同发芽温度和时间对发芽率的影响

取27 份经第4 步骤处理后的糙米样品, 按第5步骤将此样品置于30 ℃的恒温水浴锅中浸泡12 h (重复3 次) , 再取出样品分别置于25 ℃, 30 ℃, 35 ℃恒温培养箱中, 设置9 个发芽时间, 每隔4 h分别取出一份糙米样品, 最后按第6 步骤、第7 步骤计算糙米的发芽率。

2.4 不同浸泡时间和发芽时间对发芽率的影响

取16 份经第4 步骤处理后的糙米样品, 按第5 步骤将此样品置于30 ℃的恒温水浴锅中浸泡6 h, 8 h, 10 h, 12 h (重复3 次) , 再将样品置于30 ℃恒温培养箱中, 然后分别在16 h, 18 h, 20 h, 22 h取出一份糙米样品, 按第6 步骤、第7 步骤计算糙米的发芽率。

2.5 糙米发芽条件的正交优化

取9 份糙米样品, 选择浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间4 个因素进行正交试验, 各取3 个水平, 以糙米发芽率为考察指标, 进行L9 (34) 正交试验, 正交试验因素水平结果见表1。

3 实验结果与分析

1) 从图1 可知, 在发芽温度和发芽时间一定的条件下, 浸泡温度在25 ℃和30 ℃时, 糙米的发芽率随着浸泡时间的延长而升高, 且在浸泡12 h后发芽率增长趋于缓慢;当浸泡温度为35 ℃时, 浸泡8 h后发芽率会明显下降。同时, 在不同的浸泡时间下, 浸泡温度为30 ℃的糙米发芽率均高于浸泡温度为25 ℃和35 ℃的糙米。因此, 在浸泡温度为30 ℃、浸泡时间为12 h条件下糙米的发芽率最高。

2) 在浸泡温度和浸泡时间一定的条件下, 糙米的发芽率与发芽温度、发芽时间密切相关。在25 ℃和30 ℃条件下发芽率均较35 ℃高, 出芽集中在16~24 h时间段且出芽较整齐;而在35 ℃条件下, 发芽虽较早, 但是出芽率低且芽长不整齐, 其原因可能是由于温度过高, 造成糙米胚芽中的酶活力高峰出现较早, 但峰值及其持续时间较低。发芽糙米要求芽长为0.5~1 mm, 出芽整齐且发芽率较高为优, 因此发芽温度在30 ℃较适宜;从发芽时间来看, 16~24 h发芽率增加得较快, 24 h达到高峰, 以后趋于平稳。因此发芽时间20~24 h为宜 (见图2) 。

3) 从图3 可看出, 在一定的浸泡温度和发芽温度条件下, 当浸泡时间一定时, 发芽率随着发芽时间的延长而提高;在浸泡时间为8~12 h时, 发芽率增长较平稳, 且浸泡时间为12 h, 在不同发芽时间下, 糙米发芽率均高于其他浸泡时间。

4) 比较本试验中浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间, 利用极差公式R=Kimax-Kimin计算4因素中R值的大小, 可以看出4 个因素的主次关系为:浸泡温度>发芽时间>发芽温度>浸泡时间。最终根据实验结果可以得出糙米最适宜的发芽条件为:浸泡温度30 ℃, 浸泡时间10 h, 发芽温度30℃, 发芽时间16 h。

4 结束语

综上所述, 经对以上实验结果分析, 得出发芽糙米极大地改善提高了糙米的营养价值和商业价值, 不仅可以作为主食食用, 也可作为膳食的营养补充剂或功能性食品的原料、配料使用。此外, 发芽糙米也可广泛用于医疗、乳制品、酿酒等行业, 具有广泛的市场潜力和开发价值。

摘要:通过对浸泡温度、浸泡时间、发芽温度及发芽时间对稻谷发芽率的影响进行研究, 并应用正交试验对影响糙米发芽的多因素进行优化, 结果发现:浸泡温度30℃、浸泡时间10 h、发芽温度30℃和发芽时间16 h条件下糙米的发芽率最高, 同时生产成本大幅降低、生产效率得到显著提高。

圆盘剪工艺参数仿真分析 篇6

1 板料本构模型及其属性定义

由于刀具材料的硬度、屈服强度远大于带料, 且变形十分微小。故可将圆盘剪、刀轴、压料盘都定义为刚体, 这样可大大提高显示积分的效率。铝带料采用随动塑性 (与应变率相关) 材料模型, 该模型是各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型, 可通过选择硬化参数为0或1来选择随动硬化或各向同性。一般用CowperSymonds模型来考虑应变率。

上下压料盘起到固定带料上下晃动的作用, 另外沿轴向的摩擦力可防止铝带左右攒动, 从经济性和实用性的角度来看, 可选用铸造合金钢作为上下压料盘的材料, 其性能参数如下:弹性模量190 GPa;密度:7 300 kg/m3;抗剪模量:7.8e+10 N/m2;屈服强度:241 MPa;

上下圆盘刀材料为SKD11高碳高铬合金工具钢, 其性能参数为:弹性模量:210 GPa;密度:7.70 g/cm2;屈服强度1 200 MPa;泊松比:0.28;

上下圆盘刀轴选用45号钢, 其性能参数为:弹性模量:205 GPa;泊松比:0.29;密度:7.85 g/cm2, 屈服强度为:530 MPa。铝带选用工业纯铝, 其性能参数为:厚度:0.08 mm;宽度:25 mm;长度:160 mm;弹性模量:69 GPa;泊松比:0.33;密度:2.7 g/cm2, 屈服强度:27.6 MPa;抗剪模量:27 GPa。

2 建立有限元模型

考虑到圆盘剪剪切只是一个局部变形剧烈的过程, 变形部分仅仅存在于被剪切部分。另外由于上下刀轴都是装配体, 在三维软件中建模后导入到ANSYS中分析复杂, 加之计算机的配置有限, 故可把上下圆盘刀轴简化为一个整体零件来建模导入到有限元软件中, 这样不仅不会影响实际的分析结果, 还可大大减轻计算机的计算能力, 对网格划分也有很大的好处。另外, 实际模型中的一些倒角圆角, 工艺槽之内的, 在导入之前也可删除掉, 不影响实际的分析结果。其简化后的圆盘剪切有限元模型如图1所示。

3 断裂区域单元应力状态分析

由于圆盘剪剪切铝带过程内在变形机理复杂, 选取剪刃附近的单元, 通过分析它们在剪切过程中其应力状态来探究剪切过程内在的变形机制, 在上下圆盘剪剪切过程有限元模拟中, 有一列单元被剪切删除, 剪切过程受力单元如图2所示。

其中上表层单元6 096、下表层单元6 116在剪切过程中被删除, 上表层单元6 096与邻近的上表层单元6 097剪切过程应力随时间变化的曲线如图3所示。

从图3可以看出剪切后被删除的上表层单元6 096其应力值随着剪切迅速达到峰值然后快速减为零, 其最大值比邻近单元大, 这时因为单元6 096处于剪刃接触处。而邻近未被删除的单元6 097其应力值一直在40 MPa范围内波动, 这是由于划分网格时, 圆盘剪不是理想的圆形而是正多边形, 剪切过程中刀盘不停地转动挤压单元6 097, 造成应力值不断波动, 而对与下表层单元, 其应力随时间变化曲线图如图4所示。

下表层单元其应力变化情况与上表层单元类似, 但是下表层剪刃接触处的单元6 116其应力达到的峰值比上表层剪刃接触处的单元6 096其应力达到的峰值要小很多, 故可以得出剪刃剪切铝带时, 其上圆盘剪承受的剪切应力要大, 由断裂力学可知, 裂纹由最大应力方向扩展, 所以推测剪切时生成的裂纹由铝带下表层扩展到上表层, 从而使铝带断裂, 完成铝带剪切过程。

4 工艺参数仿真分析

4.1 侧向间隙对剪切力和剪切品质的影响

侧向间隙为圆盘剪刀盘侧向之间的距离, 在进行剪切确定侧向间隙时, 要从多方面来考虑, 不仅要考虑材料的强度也要考虑材料的厚度。侧向间隙过大时, 带材就会产生严重的撕裂现象, 间隙过小, 又会时圆盘剪超载, 刀刃磨损加快, 使用寿命降低, 同时也会使毛刺增多, 故选择合理的侧向间隙对于剪切质量和刀具的使用寿命至关重要。在这里保持其他工艺参数不变, 分别取侧向间隙为铝带厚度的3%, 4%, 5%, 6%, 7%来进行有限元仿真, 这选取剪切过程中剪切处单元6 096的有效应力变化曲线来反映剪切力的变化。其有效应力曲线如图5所示。

从图5中可以看出, 取不同侧向间隙时, 其应力的变化是不同的, 其最大值是先减小后增大, 取为5%时为最小, 并且其减为零的时间也稍有差别, 侧向间隙为7%时其减为零的时间最长, 3%, 4%, 6%减为零时间基本一样, 取5%时其减为零的时间最短, 裂纹生成的最快。故可选5%为最佳剪切间隙, 此时反映到宏观上的剪切力也最小。

4.2 重叠量对剪切力和剪切品质的影响

重叠量也是影响圆盘剪剪切的一个很重要的工艺参数, 其选取的好坏直接影响着剪切力和剪切品质, 一般是根据剪切厚度来选择的, 重叠量太大则引起带材的“翘起”, 太小会引起圆盘剪超负荷运转和带材的局部弯曲。这里根据实际剪切情况分别取重叠量为0 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 其有效应力曲线如图6所示。

由图6可知, 单元6 096的有效应力的峰值随着重叠量先增大后减小, 当为0.2 mm时最大, 为90 MPa。取为0 mm时, 其有效应力的峰值最小, 但其减为零的时间大大增加, 裂纹生成的速度慢, 影响后续的剪切过程, 对剪切质量不利。取值为0.4 mm时, 达到峰值用时最短, 然后最快衰减为零, 其实际宏观表现为咬入条件最好, 裂纹生成的速度快, 铝带被剪切开后不产生粘着现象, 不影响后续的剪切过程。

4.3 铝带厚度对剪切力剪切品质的影响 (图7)

一般情况下, 剪切力随着剪切厚度的增加而增大, 然而通过本次仿真分析, 可以明显的看出并不是符合一般的剪切规律, 厚度0.07 mm、0.09 mm时有效应力最大, 0.08 mm时的有效应力峰值最小。

4.4 剪切速度对剪切力和剪切品质的影响

现在圆盘剪的剪切速度越来越快, 虽然对大多数材料来说, 速度越高剪切品质越好, 但并不是越高越好。有些材料对速度敏感性较差, 提高剪切速度不仅对剪切品质提高不大, 而且还会产生温度效应, 反而影响剪切品质。所以进行速度对剪切力的影响规律仿真分析是十分有必要的, 如图8所示。

从图8可以看出, 当速度从130 m/min增大到215 m/min时, 有效应力最大值基本不变, 但其增大到最大值的时间减小, 衰减为零的时间逐渐减小, 裂纹快速生成。铝带的粘着现象减弱, 剪切品质提高。但是当剪切从215 m/min增大到300 m/min时, 其有效应力值逐渐增大, 其衰减为零的时间先较小后增大, 裂纹生成的速度由快到慢, 铝带的粘着现象增强, 剪切质量恶化。所以在保证剪切品质的情况下, 同时考虑咬入条件, 其最佳的剪切速度为257.5 m/min。

5 结论

通过对圆盘剪剪切铝带进行有限元应力分析和工艺参数仿真分析可以得出如下结论:

1) 剪切力随重叠量是先增大后减小, 并找到了相应的最佳重叠量;侧向间隙越大, 剪切力越小, 但侧向间隙增大到一定程度时, 剪切力反而变小;铝带厚度越大, 其剪切力不一定越大;剪切速度在一定范围内对剪切力的影响不是很明显, 但是当增大到一定值时, 应力值随着剪切速度增加而增大。

2) 剪切过程中, 裂纹是由下表层扩展到上表层, 被剪切单元有效应力达到峰值和衰减为零的时间越短, 则其裂纹生成的时间也越短, 咬入条件越好, 剪切品质也越好。

摘要:通过对圆盘剪的工作原理和剪切机理的研究, 利用ANSYS/LS-DYNA来对圆盘剪剪切铝带三维模型进行有限元分析, 并采用显示动力学模块对剪切过程进行了有限元分析.分析了铝带剪切断裂的过程, 得到了铝带剪切过程中的应力、应变随时间的变化, 断裂区上特定单元的应力、应变变化。仿真研究了工艺参数如重叠量、侧向间隙、带料厚度、剪切速度等对铝带剪切品质的影响, 进行分析和研究, 提高了剪切品质。

关键词:圆盘剪,铝带剪切,工艺参数,有限元仿真

参考文献

[1]贾海亮.圆盘剪剪切过程的有限元模拟和实验研究[D].太原:太原科技大学, 2010.

[2]白金泽.LS-DYNA3D理论基础与实例分析[M].北京:北京科学出版社, 2005.

[3]尚小红, 苏建宇.ANSYS/LS-DYNA动力分析方法与工程实例[M].北京:中国水利出版社, 2006.

煤粉锅炉SCR工艺参数优化 篇7

随着我国经济的发展,环境恶化问题越来越受到人们的关注,而NOx是一种受到极大关注的污染物,因此降低NOx排放是现阶段重点研究的方向[1]。火力发电厂是主要的NOx排放源,烟气脱硝是我国环保政策的要求,也是火电机组NOx控制排放的必要选择。

烟气脱硝技术是在燃烧后对NOx加以处理,烟气脱硝在各燃煤电站运用的较为普及,已现实应用在电厂的烟气脱硝技术主要有SCR、SNCR及SCR/SNCR结合技术[2]。其中,SCR技术由于具有运行相对平稳、氨逃逸率较低、SCR技术脱硝效率可到达80%~90%等优点而得以推广应用,是全国最为成熟的一种烟气脱硝技术[3]。我国在建的燃煤电厂机组普遍配套建设有SCR脱硝系统或者在现场预留有SCR脱硝系统建设空地。

杨建国[4]等通过燃烧优化调整及SCR脱硝系统运行调整,简要分析了运行工艺参数对氨逃逸率的影响。高岩[5]等通过试验台测定了SCR催化剂活性,分析了空速、催化剂用量、温度、氨氮比、入口NOx浓度等因素对催化剂活性的影响。咸士龙[6,7,8]等对660MW煤粉锅炉脱硝工艺选择以及控制系统进行了相关分析和研究。但煤粉锅炉SCR系统运行影响脱硝效率的因素以及工艺参数优化方面的相关研究还较少。

以某电厂660MW燃煤电站脱硝系统为研究对象,分析影响其脱硝效率的主要因素,找到该SCR脱硝系统运行的最佳工况参数,为已运行电厂脱硝系统改造优化提供借鉴思路。

1 SCR脱硝工艺及影响因素

1.1 脱硝工艺

SCR脱硝装置一般在省煤器出口和空气预热器进口中间位置,还原反应温度合适,但是对催化剂的磨损和堵塞影响较严重[9]。此外,在副反应阶段生成的NH4HSO4与(NH4)2SO4,也会较大程度地腐蚀空气预热器。氨的逃逸率控制在3~5μL/L以下。燃煤电站SCR脱硝装置的工艺流程如图1所示。

1.2 影响因素

1)反应温度。

在一定的反应温度区域内,NOx催化还原反应顺畅。当温度比SCR装置所需反应温度小时,NOx反应速度变小,氨逃逸量变大;当温度比SCR装置所需反应温度大时,N2O产生量变大,以及会导致催化剂失活和烧结。烟气构成和催化剂化学成分决定了SCR装置的实际最佳操作温度。一般情况下使用的SCR催化剂的实际最佳操作温度为300~400℃。

2)空速。

反应物在反应装置中的停留时间长短通常用空速大小来反映[10]。当反应物在脱硝装置中空速越小时,停留时间也就越长,脱硝效率也就越高,反之亦然。此外,温度也在一定程度上影响着SCR所需停留时间,当操作温度与最佳温度相接近时,停留时间较短,空速变大。

3)氨氮比。

按照化学反应方程式,脱除1mol的NO同时耗掉1mol的NH3。当NH3/NO小于1时,NOx的脱除速率与NH3的浓度成正线性关系。相反,当NH3/NO大于或等于1时,NOx的脱除速度与NH3的浓度基本没有关系,当NH3/NO约为1时NOx脱除效率能到95%以上。

4)氧气含量。

当排放烟气的氧含量超过定值后,由尿素溶液喷进炉膛并热解而产生的NH3不但与NOx发生还原反应,还会被烟气中的O2氧化,致使热解产生的NH3被氧化以至于丧失继续脱硝的功能。这样,参与脱硝反应的NH3只是热解产生的一部分,在其他条件不变的情况下,参与脱硝反应的NH3的量就减少了,脱硝效率也就降低了。

5)催化剂。

催化剂是在SCR脱硝系统中,在一定温度条件下使得排放烟气中的NOx与还原剂发生还原反应的物质,选择一种合适良好的催化剂是SCR烟气脱硝技术的关键[11]。催化剂是SCR烟气脱硝装置的重要组成,是SCR烟气脱硝装置的脱硝效率和经济性的主要影响因素。

2 脱硝工艺参数优化

2.1 电厂简介

以某电厂660MW燃煤发电机组煤粉锅炉作为研究对象,锅炉是由上海锅炉厂生产的SG-2080/25.4MXXX型超临界参数变压运行直流锅炉,该锅炉的燃烧方式是从美国进口的低NOx切向燃烧技术,设计和校核煤种均为神华混合烟煤。降低挥发分氮转化成NOx是低NOx燃烧系统设计的主要目标,达到降低NOx排放浓度的目的。锅炉主要设计参数如表1、表2所示。

2.2 试验分析

试验以某电站煤粉锅炉为研究对象,锅炉采用低NOx燃烧技术与SCR烟气脱硝技术。整个试验首先采集该电厂脱硝系统的运行数据,然后对采集来的数据通过计算得出脱硝效率,最后分析数据绘制曲线图并得出结论。

脱硝效率η为:

式中:CNOXR—折算至标准状态、干基、6%的O2下的未喷氨时烟气中NOx浓度;CNOXC—折算至标准状态、干基、6%的O2下的喷氨时烟气中NOx浓度。

在试验过程中通过采集反应温度、空速(停留时间)、氧含量以及氨氮比等主要影响因素的相关数据,分析不同条件下,各因素对脱硝效率变化的影响。为取得单一影响因素的试验效果,各试验过程中选取相同工况,针对需要测试变量进行调整。SCR反应塔中烟气基本工况如表3所示。

2.3 结果分析

1)温度对脱硝效率的影响。

为了分析反应温度对脱硝效率的影响,试验全程使SCR脱硝装置反应温度在300~400℃变化,其他前提根据表3中基本工况为准,试验结果如图2所示。

由图2可以看出,温度对脱硝效率的影响较为明显,在测试的温度区间内,SCR脱硝效率跟随温度的增大,呈先增大后趋于平缓的趋向。当温度增加到280~310℃时,由于在此条件下,催化剂参与反应速度变快,脱硝效率也随即变大。当温度继续增长超过310℃时,催化剂参与反应速度变化不再明显,脱硝效率也不再提高。在温度处于310~350℃时脱硝效率实现最大值。所以,在SCR运行装置中最合理的温度应该在320℃上下。

2)空速对脱硝效率的影响。

脱硝过程是气体流经固体表面发生化学反应的过程,影响其反应水平的主要因素有烟气与催化剂的接触时长、脱硝反应是否完全进行。而烟气与SCR催化剂接触时长主要决定于空速以及催化剂体积。空速越大,烟气在催化剂内停留时间就越少,即反应作用时间越短,脱硝效率越低。在排放烟气流量一定的前提下,增大催化剂体积才能达到降低空速的目的,因此在选择合理空速时应该对脱硝效率和催化剂用量同时进行衡量。现有已运行或者在建的SCR脱硝系统中空速一般为4000h-1上下。

空速对脱硝效率的影响如图3所示。试验全程使空速在2000~10000h-1的区间内变化,其他前提根据表3中基本工况为准。

由图3可以看出,当空速变大即停留时间变小时,总体来看,脱硝效率呈现下降的趋势。虽然总体下降,但在一定空速变化区间内催化剂具备较高活性并且较为稳定。空速在2000~6000h-1时,脱硝效率均比80%高。此空速变化区间内,空速变大,脱硝效率几乎没有变化;空速继续增大超过6000h-1时,脱硝效率开始逐渐减小,之后空速增至8000h-1时,脱硝效率降至68%。由此能够获得空速的最佳值应该在2000~6000h-1变化区间内。

3)氨氮比对脱硝效率的影响。

氨氮比是NH3与NOx的摩尔比。在理想情况下氨氮比取1∶1,然而在实际的SCR装置运行过程中,随着机组运行情况的不同,氨气注入量需随时进行调节。若是氨氮比太小则会造成脱硝反应过程中还原剂供给不足,NOx脱除不完全;若是氨氮比过大则会造成氨逃逸量增长,逸出的NH3会与烟气中的SO2(SO3)、H2O反应形成NH4HSO3,会造成催化剂的微孔构造堵塞,减小反应过程中催化剂接触表面积,最后使得催化剂活性变低,而且所导致的失活也是不能逆转的。此过程中形成的化合物还会吸附烟气中的飞灰,导致空气预热器堵塞,并会腐蚀尾部烟道。

文中通过体积流量计对NH3的投入量进行控制,获得在不同氨氮比下的脱硝效率,进而确定最合理的氨氮比取值。试验过程中控制氨氮比在0.2~1.6的范围内变化,其他条件采用表3所示的基本工况。试验结果如图4所示。

从图4中能够看出,NH3注入量上升,脱硝效率呈先快速增长后基本不变的趋势。在脱硝装置中氨氮比小于1时,随着氨氮比的提升脱硝效率逐渐变大。氨氮比在1.2时,脱硝效率能够增长到81%,直到氨氮比超过1.2时,脱硝效率几乎不再变化。由于继续提高氨氮比会导致氨逸出量的变大,故继续提高氨氮比会提升运行成本。因此,最佳氨氮比是1.2。

4)氧气含量对脱硝效率的影响。

氧气含量对脱硝效率的关系曲线如图5所示。

由图5分析知道,一定条件内氧气含量对脱硝效率有较大作用。在5.5%~5.6%范围内,随着氧气含量的增加,脱硝效率逐渐变大,增大到5.61%时,效率提升到最佳值81.32%,随后脱硝效率随着氧气含量的继续增加而变小。所以,氧气含量最佳值为5.61%。

5)催化剂对脱硝效率的影响。

该电厂燃煤机组使用耐磨型陶瓷纤维板蜂窝式催化剂,其成分是Ti-V-W高温氧化钛基催化剂,它以活性Ti O2为载体,同时添加V2O5金属氧化物来增加其活性。催化剂中V2O5要适量,V2O5的浓度越大催化剂活性越高,但当V2O5的浓度上升超过2%后,SO2向SO3转化率变大,即硫化物含量增加。为了抑制SO2的转化率,需要添加一定量的WO3。V2O5浓度对其性能影响较大,V2O5浓度越高,脱除效率也越高,原因是当V2O5浓度在1.4%~4.5%时,V2O5可以呈等轴聚合的基本形式均匀分布在Ti O2载体上,催化剂活性较高;当V2O5浓度大于6.5%后,脱硝效率逐渐下降,原因是V2O5在Ti O2载体上形成V2O5结晶区,抑制了催化剂的活性。

3 结语

1)在使用SCR烟气脱硝的过程中,脱硝效率随温度增大呈先快速上升后趋于平缓;随空速增大呈先不变后下降;随氨氮比增大呈先快速增长后基本不变;随氧含量的增加呈先上升后下降的趋势。因此,特别要看重脱硝系统的运行温度、空速、氨氮比、氧气含量的合理选择,注重催化剂的选择及活性的变化,只有这样才会使脱硝装置经济有效的发挥其作用。

2)以某电厂660MW燃煤发电机组煤粉锅炉作为研究对象,通过对该电厂燃煤锅炉的SCR脱硝的运行数据进行分析,得到其烟气脱硝的最佳工况为:反应温度320℃左右,空速2000~6000h-1,氨氮比为1.2,氧含量为5.61%,此工况下,脱硝效率能够达到82%。可为燃煤发电厂的污染物净化系统提供一些参考性建议。

参考文献

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[3]安晓玲.SCR法烟气脱硝技术的数值模拟[D].保定:华北电力大学,2009.

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喷丸残余应力及工艺参数优化 篇8

1有限元模型

1.1模型描述

本文考虑了单丸粒 (见图2a) 和多丸粒 (见图2b) 喷丸的有限元模型。弹丸半径为R, 单丸粒和多丸粒喷丸时靶材的尺寸分别选为10R×10R×5R和15R×15R×10R以削弱边界效应的影响。为了简化计算, 根据对称性取1/4的试件进行分析。对撞击位置附近的网格进行了细化。采用线性减缩积分单元 (C3D8R) , 每个模型划分为2万个单元左右。弹丸与靶材的接触面法向定义为硬性接触, 切向定义为无摩擦接触模式。在两个对称面和底面上分别约束其法向, 弹丸仅允许在2方向 (参照坐标系统) 自由移动。采用ABAQUS/EXPLICIT求解器, 分析时间取4×10-5 s。

弹丸为铸钢钢丸, 密度为5 500 kg/m3, 为简化计算视其为刚体。靶材为典型的结构钢, 密度为ρ=7 800 kg/m3, 弹性模量E = 184 GPa, 泊松比υ=0.3, 假定靶材的屈服服从Mises屈服准则, 屈服强度为σy=500 MPa, 塑性变形阶段假设为线性应变硬化, 应变硬化率为H=500 MPa。

1.2模拟过程和方法

质量的定义:靶材通过在材料属性中定义密度来赋予其质量。弹丸为刚体, 定义质量时先根据其密度和半径计算出其质量, 然后以点质量的形式将其赋在弹丸刚体的参考点上。

喷射速度和入射角α的定义:ABAQUS中速度是以场 (field) 的形式定义的。弹丸的初速度同样定义在刚性参考点上。在ABAQUS中不能直接定义弹丸的入射角, 应先求出初速度在三个坐标轴上的分量, 然后在三个方向上分别定义其速度分量。

为了获得稳定的残余应力场并节约计算成本, 将分析时间定为4×10-5 s。经计算验证, 计算结束时, 碰撞过程已经结束, 弹丸被弹开, 残余应力场稳定 (不随时间而变化) 。

典型的横向残余应力分布如图3所示, 图3中箭头所指方向为本文研究喷丸残余应力分布的路径。在结果后处理中, 沿图3中箭头所指方向定义路径, 并把该路径上的残余应力值提取出来, 即可得到残余应力沿深度方向的变化图。

2有限元结果分析

2.1喷射速度

图4a给出了在不同速度下横向残余应力σ33沿深度的分布图。可以看出随着喷丸速度的提高, σ33-h曲线向右偏移, 且应力幅值变大。图4b给出了残余应力场的四个特征参量随喷射速度的变化图。从图4b可以看出, 横向表面残余压应力σsrs随喷射速度的提高而减小, 而横向最大残余压应力σmrs则随喷射速度的提高而增加。喷射速度在低速阶段对残余应力改变作用较为显著, 而在高速阶段则趋于平缓。横向最大残余压应力深度δm与横向残余压应力场深度δ0均随喷射速度的提高而增加。

2.2弹丸尺寸

图5a给出了不同弹丸直径下横向残余应力随深度的变化曲线。不难看出随着弹丸直径的增大, σ33-h曲线向右偏移, 即残余压应力场深度增大。

图5b给出了残余应力场特征参数随弹丸直径的变化图。从图5b可以看出, 表面残余压应力在 d =0.6 mm时出现最大值, 而后随弹丸直径的增大而迅速减小。最大残余压应力对弹丸直径的变化不是很敏感。最大残余压应力深度和残余压应力场深度均随弹丸直径的增大而增加。

2.3入射角

在ABAQUS中定义载荷时先解除弹丸在3方向的约束, 将实际速度分别沿横向和纵向分解为v33=100cosα, m/s和v22=100sinα, m/s。

图7a给出了在不同的入射角下, 横向残余应力随深度的变化图。从整体趋势看, 随着入射角的增大, σ33-h曲线右移, 应力幅值增大。图7b给出了横向残余应力特征量随入射角的变化图, 可以看出横向表面残余压应力在15°—45°范围内随入射角的增大而减小, 直至转化为拉应力, 超过45°以后入射角对横向表面残余应力的影响不大。横向最大残余压应力在15°—45°范围内随入射角的增大而增加, 在45°—60°之间突然减小, 60°—75°之间变化不大, 75°—90°之间减小。入射角α=45°和90°时横向最大残余压应力大致相等。最大横向残余压应力深度和残余压应力场深度随入射角的增大而增加。

2.4覆盖率

单丸粒和多丸粒喷丸的有限元模型如图2a和图2b所示, 分别代表了较低和较高的覆盖率。为了突出多丸粒喷丸时相邻丸粒之间的影响, 取喷射速度v=200 m/s, 弹丸直径dshot=1 mm。横向残余应力随深度的变化曲线如图8所示。由图8可以看出单丸粒喷丸时的最大残余压应力比多丸粒喷丸时要大, 而多丸粒喷丸时可以获得较大的残余压应力场深度。覆盖率对最大压应力深度的影响不大。

2.5靶材屈服强度

图9a给出了不同的靶材屈服强度下横向残余应力沿深度的变化曲线。可以看出, 随着靶材屈服强度的提高, σ33-h曲线的应力幅增加, 且向左偏移。

图9b给出了残余应力特征量随靶材屈服强度的变化图。图9b显示靶材屈服强度对横向表面残余的影响不大, 而横向最大残余压应力则随靶材屈服强度的提高而增加。靶材屈服强度对横向最大残余压应力深度影响不大, 而残余压应力场深度则随靶材屈服强度的提高而降低。

2.6摩擦力

在前面的计算中定义接触时并没有考虑摩擦力的影响, 摩擦系数的大小与弹丸和靶材的表面光洁度有关。图10a给出了入射角α=90°, 摩擦系数 f=0 (无摩擦) 和0.5时横向残余应力随深度的变化图。不难看出, 摩擦力导致了最大残余压应力偏大, 表面残余拉应力偏小。摩擦力对最大压应力深度和残余压应力场深度没有影响。

图10 (b) 给出了入射角α=60°, 摩擦系数 f = 0和0.5时横向残余应力随深度的变化图。由图10 (b) 可以看出, 入射角α=60°时摩擦力对残余应力的影响要比垂直入射时更为显著。值得注意的是, 当入射角α=60°时, 摩擦力使得最大残余压应力值偏小, 这与垂直入射时的情况相反。入射角α=60°时, 摩擦力对最大残余压应力深度和残余压应力场深度的影响不大。

3结论

本文建立了喷丸三维有限元模型, 研究了不同喷丸参数对残余应力场的影响规律。通过对有限元结果的分析, 对于铸钢钢丸冲击结构钢靶材的情况而言, 喷丸参数取d=0.4 mm, v=120 m/s, α= 90°时可以获得最理想的残余应力分布。较低的覆盖率可以获得较大的最大残余应力, 但是却要以牺牲残余压应力场深度为代价。靶材屈服强度的提高会导致残余应力场深度的减小, 但对最大残余压应力深度的影响不大, 最大残余压应力随靶材屈服强度的提高而增加。垂直入射时, 摩擦力使最大残余压应力偏大;倾斜入射时, 摩擦力使最大残余压应力偏小。

参考文献

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施工工艺参数 篇9

关键词:压梗间隙;切梗丝宽度;梗丝加工质量;形变参数

中图分类号: TS452文献标志码: A文章编号:1002-1302(2015)11-0369-03

收稿日期:2014-10-31

基金项目:河南省科技攻关项目(编号:2012004。

作者简介:丁美宙(1978—, 女,山西运城人,硕士,工程师,主要从事卷烟工艺研究。E-mail:dingmeizhou999@163.com。

通信作者:姚二民。E-mail:46440195@qq.com。烟梗是烟叶的重要组成部分,将其加工制成梗丝搀兑于卷烟配方中,不仅能够降低配方成本,而且可以降低卷烟烟气焦油量,减少吸烟对人体的危害[1-5]。梗丝在生产过程中要经过回潮、压切、膨胀等工艺处理,首先将复烤后的烟梗进行回潮,提高烟梗的耐加工性能,然后通过压梗和切梗丝工序将烟梗切成一定宽度的梗丝,再将梗丝进行膨胀处理,提高填充性。通常烟梗的压切工艺处理过程被称为“烟梗形变工段”,其工艺参数设置决定了膨胀后梗丝的形态、梗丝结构、出丝率及损耗等指标[6-12]。目前,烟梗形变工艺参数对梗丝形态分布的影响已有较多报道[13-14],但在烟梗形变工艺参数对梗丝加工质量的影响方面缺乏系统的研究。本研究采用正交试验法研究烟梗形变工艺参数对梗丝加工质量的影响,旨在为提高梗丝加工质量提供支撑,为烟梗形变工艺参数优化提供依据。

1材料与方法

1.1材料与仪器

河南许昌卷烟厂的配方烟梗;云南昆明船舶设备有限公司的梗丝生产线;YQ-2型烟丝振动分选筛;D51填充值测定仪。

1.2试验方法

1.2.1正交试验设计利用正交试验表L9(33)进行物料水分含量(贮梗后烟梗水分含量)、压梗间隙、切梗丝宽度间的3因素3水平正交试验,正交试验设计见表1。

1.2.2取样和检测方法参数调整并运行稳定后,在梗丝干燥出口处取样,按照《卷烟工艺规范》检测梗丝整丝率、碎丝率、填充值和出丝率等指标,每处理组合取样5次,计算5次取样的平均值作为试验结果。

2结果与分析

2.1烟梗形变工艺参数对梗丝物理质量的影响

按照正交试验设计进行试验,检测不同参数组合下的梗丝整丝率、碎丝率和填充值,结果见表2。

整丝率逐渐升高,碎丝率逐渐降低;压梗间隙增大,梗丝填充值降低,当压梗间隙大于0.8 mm时,梗丝填充值显著降低,压梗间隙由1.2 mm增大至1.6 mm后,梗丝填充值变化不明显;随切梗丝宽度的增大,梗丝填充值略有升高,但变化幅度不大。

综合分析烟梗形变工艺参数对梗丝物理质量的影响可知,提高梗丝整丝率、降低加工过程中的造碎应增大压梗间隙和切梗丝宽度,要保证较高的梗丝填充性则须设置较窄的压梗间隙。由于压梗间隙对梗丝填充值有显著影响,而对梗丝的整丝率和碎丝率影响不显著,因此,压梗间隙设置为0.8 mm

较优。当切梗丝宽度为0.18 mm时,梗丝的整丝率和填充值较高,碎丝率较低,但切梗丝宽度由0.16 mm增大至 0.18 mm,梗丝的各项物理指标变化趋势较缓,因此,切梗丝宽度设置为0.16 mm较适宜。

2.2烟梗形变工艺参数对梗丝出丝率及损耗的影响

按照正交试验设计进行试验,检测不同参数组合下的梗丝出丝率、梗头梗块量、出末量、除尘量,结果见表4。对正交试验的结果进行方差分析,结果见表5。

方差分析结果显示,物料水分含量对出丝率及损耗的影响不显著,压梗间隙对梗头、梗块量影响极显著,切梗丝宽度对出丝率、梗头梗块量、除尘量影响显著;梗丝出丝率、出末量受切梗丝宽度的影响最大,其次为压梗间隙和物料水分含量;梗头、梗块量受的压梗间隙影响最大,其次为切梗丝宽度和物料水分含量;除尘量受切梗丝宽度的影响最大,其次为物料水分和压梗间隙。根据表4结果将各因素水平均值绘制因素效应曲线,结果见图7至图14,由于物料水分含量对梗丝各项物理质量的影响不显著,因此不再绘物料水分含量效应图。

从图7至图14可以得出,随压梗间隙的增大,梗丝出丝率逐渐升高,出末量、除尘量逐渐降低,但梗头、梗块量升高;随切梗丝宽度的增大,梗丝出丝率先升高后降低,梗头梗块量、出末量、除尘量先降低后升高,在切梗丝宽度为0.16 mm时,梗丝出丝率最高,梗头梗块量、出末量、除尘量最低。

由于压梗间隙对梗头、梗块量的影响极显著,对出丝率、出末量、除尘量的影响不显著,因此,压梗间隙选择0.8 mm较适宜。切梗丝宽度对出丝率、梗头、梗块量、除尘量的影响显著,当切梗丝宽度为0.16 mm时,梗丝的出丝率最高,梗头梗块量、除尘量最低,因此,切梗丝宽度应设置为 0.16 mm。

3结论

物料水分含量在29%~31%范围内波动对梗丝加工质量的影响不显著;压梗间隙对梗丝填充值影响显著,对梗头、梗块量的影响极显著;切梗丝宽度对梗丝整丝率、碎丝率、出丝率、梗头、梗块量和除尘量影响均显著。随压梗间隙及切梗丝宽度的增大,梗丝的整丝率逐渐升高,碎丝率逐渐降低。随压梗间隙的增大,梗丝填充值降低,随切梗丝宽度的增大,梗丝填充值略有升高,但变化幅度不大。随压梗间隙的增大,梗丝出丝率和梗头、梗块量升高,出末量和除尘量降低。随切梗丝宽度的增大,梗丝出丝率先升高后降低,梗头梗块量、出末量和除尘量先降低后升高,在切梗丝宽度为0.16 mm 时,梗丝出丝率最高,梗头梗块量、出末量和除尘量最低。在制梗丝加工过程中,烟梗形变工艺较优参数组合为压梗间隙0.8 mm,切梗丝宽度0.16 mm。

nlc202309030022

参考文献:

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新型环保内墙腻子工艺参数研究 篇10

1 研究思路与方法

现代家装中使用的腻子仍以胶粉、羧甲基纤维素/C M C和重质碳酸钙为主要原料, 随着人们环保意识的增强, 采用无毒、环保及可再生资源作原料开发应用日渐受到重视[2]。本研究以改性淀粉等为原材料, 以黏结强度、有毒有害物质限量等为主要参考指标, 利用正交试验[3]得出各成分最优比例组合, 既符合腻子粉的性能要求, 又不浪费原料, 节约成本。

2 试验仪器

万能拉力试验机:长春科新W D W;分光光度计:新世纪T6;搅拌锅;N B-J160。

3 试验方案设计

3.1 单因素试验

α-预糊化淀粉投放比例对黏结强度的影响:将α-预糊化淀粉分别按0.5%, 1%, 1.5%, 2%的比例加入搅拌锅中, C M C的投放比例为2%, 再加入适当重质碳酸钙, 加入水后, 采用机械方法搅拌至均匀, 再静置约5m in, 养护时间为48h, 研究α-预糊化淀粉投放比例与黏结强度之间的关系。

C M C的投放比例对黏结强度的影响:将C M C分别按0.5%, 1%, 1.5%, 2%的比例加入搅拌锅中, α-预糊化淀粉投放比例为1%, 再加入适当重质碳酸钙, 加水后, 采用机械方法搅拌至均匀, 再静置约5 m in, 即制成试验样品, 养护时间为48h, 研究C M C的投放比例与黏结强度之间的关系。

养护时间对黏结强度的影响:投放1%α-预糊化淀粉, 2%的C M C, 再加入适当重质碳酸钙, 加水后, 采用机械方法搅拌至均匀, 再静置约5 m in, 即制成试验样品, 养护时间分别为24h、48h、72h、168h, 研究养护时间与黏结强度的关系。

3.2 正交试验

根据以上试验数据, 选择各因素的水平, 对α-预糊化淀粉投放比例、C M C的投放比例、养护时间三个因素选用L9 (34) 表, 利用正交试验, 衡量各个因素对黏结强度的影响, 得出最优比例组合。

3.3 其他性能测定

将最优比例的制成腻子, 根据JG/T298-2010[4]和G B 18582-2008[5]测定产品的其他指标和有毒有害物质限量数据等。

4 试验结果与讨论

4.1 单因素试验数据讨论

4.1.1 α-预糊化淀粉对黏结强度的影响

预糊化淀粉在腻子粉中主要起黏结剂作用, 防止掉粉, 伴随着α-预糊化淀粉投放比例加大, 黏结强度逐渐变大, 不掉粉了, 但却不好打磨, 将导致日常施工困难。因而本着经济适用的角度选取投放比例为0.5%, 1%, 1.5%的三个水平进行正交试验。

4.1.2 C M C的投放比例对黏结强度的影响

C M C加量小, 不好批刮, 加量大, 好批刮, 但可能造成干的慢, 降低黏结性能, 并影响下一步打磨工序, 随着C M C的加入量增加, 黏结强度下降, 所以选1%, 1.5%, 2%的投放比例的三个水平进行正交试验。

4.1.3 养护时间对黏结强度的影响

养护时间对黏结强度有一定影响, 样品在标准状态下黏结强度会随着养护时间的增加而增大, 但幅度较小, 因此使样品养护时间分别为48h、72h、168h三个水平进行正交试验。

4.2 腻子黏结强度正交试验结果与分析

以上述三个单因素试验结果为依据, 进行正交试验, 并进行极差分析, 得出最优组合的制备条件, 正交试验方案及结果如表1。

由极差分析发现, 各因素对黏结强度影响顺序为α-预糊化淀粉投放比例→C M C的投放比例→养护时间, 最优配比组合为A2B1C3, 即预糊化淀粉投放比例1%, C M C的投放比例为1%, 养护时间为48h。按最优配比制备的腻子进行有毒有害物质测定, 其检测结果符合标准要求。

5 结论

本研究以α-预糊化淀粉为主要原料, 重质碳酸钙和羟甲基纤维素等为辅料配制淀粉基腻子, 通过正交试验设计得到最优化配比式, 并对其黏结强度、有毒有害物质等进行分析, 达到符合建筑产品指标要求, 为更好利用可再生的绿色环保的淀粉基建筑材料进行十分有益的尝试, 为进一步研究工作做出了充分的准备。

摘要:淀粉是一种可再生的自然资源, 以产量高、价格低、优良的性能和生物降解性等特点在众多领域被大量研究和应用。本研究以α-预糊化改性淀粉为基料, 重质碳酸钙和羟甲基纤维素等为辅料配制淀粉基腻子, 通过正交试验设计得到最优化配比式, 并对其黏结强度、有毒有害物质等进行分析, 达到符合建筑产品指标要求。

关键词:淀粉,腻子,羟甲基纤维素

参考文献

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