动物粪便与秸秆成型坯块制备工艺参数试验研究.doc
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1、动物粪便与秸秆成型坯块制备工艺参数试验研究摘要:为探究动物粪便和秸秆混合物料的成型生产工艺,获得较佳的成型工艺参数组合,以成型压力、成型温度、物料含水率和秸秆质量分数为试验因素,以成型坯块抗破坏强度和松弛比为成型质量评价指标,进行四因素二次通用旋转组合试验,并建立各试验因素与试验指标的回归模型,利用Design-Expert8.0.6响应面分析软件优化成型工艺参数组合。试验结果表明:各试验因素对成型坯块抗破坏强度影响的顺序为物料含水率成型温度成型压力秸秆质量分数;各试验因素对成型坯块松弛比影响的顺序为物料含水率成型压力秸秆质量分数成型温度;在成型压力为125kN,成型温度为146,物料含水率为
2、12%,秸秆质量分数为6%条件下,成型坯块的成型效果最好,成型坯块的抗破坏强度为353.6N,松弛比为96.68%。引言黑龙江是一个农业大省,同时也是我国重要的商品粮生产基地,农业生产活动中产生的畜禽粪便和秸秆数量巨大,随着农村居民生活水平的提高和生活方式的改变,大量农业废弃物被随意丢弃、排放,对居民的生产和生活造成了巨大的安全隐患1,2。而畜禽粪便和秸秆等农业废弃物中含有丰富的有机质,对其进行合理的资源化利用可以产生一定的经济效益和社会效益3。近年来,国内外学者对畜禽粪便和秸秆的资源化利用展开了大量研究。Muazu RI以煤、稻壳和玉米芯为原料制备燃料块,并通过单因素试验的方法研究不同因素对
3、燃料块成型质量的影响,研究结果表明,当成型压力为31MPa,粘结剂用量为10%,稻壳与玉米芯的质量比为3颐7时,燃料块的成型质量最佳4。Raudah以咖啡壳为原料制备块状成型燃料时,通过Bob-Behnken试验设计方法结合响应面分析法确定了块状成型燃料的最佳成型条件:热解时间为110.93min,粒度为34.71目,淀粉含量为8%5。李丽洁研究了利用不同原料制备棒状成型炭的生产工艺,研究结果表明,以稻壳炭为原料,糯米粉为胶黏剂,在胶黏剂添加量为1%,含水量为30%的条件下,棒状成型炭的成型效果最佳6。饶月以烟杆和木屑为原料制备颗粒燃料时,通过正交试验确定了在成型压力为6.5kN,成型温度为1
4、01,含水率为13.5%的条件下,颗粒燃料的成型特性最佳7。辛明金以育苗基质和水稻秸秆为原料制备黄瓜育苗块时,通过旋转组合试验设计结合响应面法,分析了不同试验因素对育苗块成型质量的影响,并确定了最佳成型工艺参数:含水率为21%,成型压力为4.5kN,秸秆长度为10mm,秸秆质量分数为12%8。通过以上研究可以发现,生物质原料可制备不同类型的成型制品,不同原料的成型工艺存在差异,而且成型过程中的诸多试验因素对成型制品的质量有一定影响。目前,关于发酵牛粪、发酵羊粪和水稻秸秆混合物料成型的研究较少,若将动物粪便和秸秆进行回收利用并压制成型,不仅可以减少农业废弃物的随意排放、丢弃所带来的环境污染问题,
5、还可以产生一定的经济效益9。因此,本文以发酵牛粪、发酵羊粪和水稻秸秆为主要原料,通过四因素二次通用旋转组合试验,研究成型压力、成型温度、物料含水率及秸秆质量分数对成型坯块抗破坏强度和松弛比的影响,并结合响应面分析法优化成型工艺参数,从而为动物粪便和秸秆混合物料制备育苗钵块及钵盘提供理论参考,同时为农业废弃物的资源化利用提供新途径。1材料与方法1.1原料预处理本文选用山东省肥沃农资有限公司生产的发酵牛粪,山东省丰润农资有限公司生产的发酵羊粪,黑龙江八一农垦大学农学院水稻试验田的秸秆作为试验材料。将发酵牛粪过筛清选,去除牛粪中的石子等杂质;将发酵羊粪放入搅拌器中,搅拌至粉末状;将收集的水稻秸秆进行
6、自然晾晒,利用锤片式粉碎机将秸秆粉碎至长度为52mm。利用MS100型水分自动测量仪对处理后物料的含水率进行测定,测定结果表明,发酵牛粪、发酵羊粪和水稻秸秆的含水率分别为10.73%,9.97%和8.27%。1.2试验设备本研究所用的试验设备包括WDW-200E型微机控制电子式万能试验机(最大试验压力为200kN)、JD300-3型电子天平(精度为0.001g)、MS100型水分自动测量仪(精度为0.01%),CHB401型温度控制器(精度为1)、锤片式粉碎机、成型装置(内径为50mm)、加热装置、注射器、搅拌器等。图1为成型试验装置的示意图。1.3试验方法1.3.1物料含水率调节按照试验要求
7、配置各试验材料的比例,并对混合物料的含水率进行调节,混合物料配水后放入搅拌装置中充分混合,混合后密封保存48h,以保证物料含水率的一致,配水量的计算式为101.3.2成型工艺流程利用万能试验机控制试验压力,将成型装置放置于试验机上、下压盘之间,按照试验要求配制20g物料放入成型装置内,温度传感器放置于成型装置凹模上,打开加热装置,待温度达到设定值后停止加热并开始压制,设置万能试验机的加载速度为10mm/min,达到设定压力值后保压10s,压制成型后打开冷却装置,待模具温度达到室温后,将模垫移开,放好脱模垫块,试验机横梁继续向下运动至成型坯块脱离成型装置,完成一个工作循环。试验制备的成型坯块的直



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