基于响应曲面法的餐厨垃圾水热碳化参数优化.pdf
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1、第 卷第 期 年 月吉林建筑大学学报 收稿日期:作者简介:李承霖(),男,辽宁省大连市,硕士研究生通讯作者:石岩,女,吉林省长春市人,教授,博士 :基于响应曲面法的餐厨垃圾水热碳化参数优化李承霖,石岩,吴俊全,白皓,李恒吉林建筑大学 市政与环境工程学院,长春 摘要:本文以生物炭为实验材料,其由配比并处理好的餐厨垃圾经水热碳化制备 为寻求制备具有高热值生物炭的最优水热碳化参数组合,本文应用响应曲面法()优化了水热碳化参数,研究了单因素实验中反应温度、停留时间和液固比对生物炭热值的影响,并对工艺进行了优化,进而确定了最优工艺下的反应温度为 、停留时间为 、液固比为 在上述最优工艺下,制备生物炭的热
2、值最高,为 关键词:餐厨垃圾;水热碳化;响应曲面法();生物炭;热值中图分类号:文献标志码:文章编号:()牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牶 牞 牞 牞 牗 牘 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 爛 牶 牷 牷 牗 牘 牷 牷 引言由于社会经济与科学技术的高速发展,人们的生活质量日益改善,而餐桌的铺张浪费现象也愈发严重 餐厨垃圾,作为典型的生物质废弃物,其有机物质多、含水量高、易酸坏产生污染环境的气体及致病菌,严重危害人们的健康和周围环境 由于餐厨垃圾成分复杂,在厌氧消化前需要进行预处理,这就会导致其周期长、效率低、费用高等问题 ,且存在资源化利用率低、经济效益不够理想等一系列问题 近些年,水热碳化
3、技术对餐厨垃圾的处理开始崭露头角,面对高水量、高油量、高有机质含量的餐厨垃圾此技术也能轻松处理 社会的发展促使人们对生活环境有了更高的追求并逐渐意识到化石能源不可再生的生存问题,这也将产生蝴蝶效应引发各种严重的环境问题,不仅污染物增多,生产超临界的二氧化碳也相应增加,故温室效应将更为严峻 能源的危机情况使得各个国家急迫地寻找洁净而廉价的可再生能源来代替一次能 吉林建筑大学学报第 卷源 因此,一种新型的可再生洁净能源生物质能逐渐进入大众视野,并受到各国的广泛关注 本文采用的一种新的清洁环保方法水热碳化法,其制备出的生物炭热值高,且在密闭空间内反应无污染,未来可将其视为化石能源的第一替代品水热碳化
4、(,缩写为 )作为目前比较热门的生物质处理技术,具有反应条件温和、能耗低等优点 近年来,水热碳化技术作为一种将废弃生物质转化为高密度碳质材料的高效、有价值的预处理技术,已广泛应用于能源、环境、土壤改良和养分回收等领域 水热碳化过程是一种在密闭容器中进行的热化学反应过程,它是在有水的情况下,利用升高的温度和自身产生的压力下进行反应来破坏或溶解有机废物 其主要是模拟自然条件下的煤化过程,并加速其反应速率(通常为自然条件下的几百倍),将有机固废转化为一种疏松、易碎和均匀的粉末状类煤化产品 它可以有多种用途,是一种高碳、高能量密度的材料,类似于褐煤,与热解和燃烧等热化学转化方式不同的是水热碳化反应不需
5、要对含水高的物质做干燥预处理,因为水既是反应介质又是试剂 其中,亚临界水作为绿色溶剂、试剂和催化剂,可以促进生物质的水解和裂解脱水、脱羧、缩合、聚合、芳构化响应曲面法(,缩写为 ),也称回归设计法,它是一种运用数理统计的科学算法 在实验设计中需要找到目标因素()与各因子()之间的定量规律,从而找出各因子()水平的最佳组合 由于实验组数少、能生成质量较好的多元线性回归方程并能建立出更准确地空间曲面图形等优点,其在实验模拟中得到广泛应用 材料和方法 仪器和材料仪器:水热反应釜();自动量热仪();天平();粉碎机();离心机();过滤机();烘干箱()材料:餐厨垃圾原料均采购于吉林建筑大学内超市经
6、配比处理所得 ,经过烘干、研磨作为实验材料 方法 水热碳化法将配比好的餐厨垃圾用粉碎机粉碎,过 目筛子烘干备用 称适量原料与 去离子水混合放入反应釜中设置反应参数进行水热碳化实验,反应结束后用过滤机进行过滤分离出固体烘干即为生物炭将生物炭用自动量热仪测量所得即为热值 单因素实验法控制单一变量测试影响生物炭热值的因素 控制液固比(即水与餐厨垃圾之比):将去离子水与原料(餐厨垃圾)配比成 ,;控制反应温度:将水热反应釜温度参数设置为 ,;控制停留时间:将水热反应釜时间参数设置为 ,响应面实验法影响餐厨垃圾水热转化为生物炭的热值因素较多,例如反应温度、停留时间、原液 值、含水率和液固比等 本文则在单
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