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25
2023
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05
液压压球机的进料速度和温度对杨木球团性能的影响（2）
关键词:
来源：公司内部
3. 结果与讨论
在不同条件下测定了使用液压压块机制成的杨木球团的密度、耐久性和耐水性。在压球过程中，如实验设计中指定的那样，温度和进料速度发生变化，以确定它们对球团质量的影响。由于所用原材料的粉碎程度也对球团特性有大的影响，因此首先对此进行了更详细的研究。
3.1. 杨木纤维的特性
干燥后纤维的堆积密度为 87.7 kg m-3（含水量10%，湿基）。 粒度分析结果如图 5 所示。根据这一分析，压块原料的平均粒径 (X50) 为 0.55 mm，细粉（小于 0.5mm的颗粒）含量为 47%。
图 5. 压块的原材料（杨木纤维）的粒度分布
3.2. 温度和进料速度对球团密度的影响
表 3 显示了各变量对密度的影响。 从表中可以看出，进料速度为3.3mm s-1，温度为140℃时，球团密度最高，为 916.82 kg m-3；进料速度为2.4 mm s-1，温度为100℃时，球团密度最低。Lindley 和 Vossoughi 指出，无论材料类型如何，生物质进料率都会影响球团的密度。Coşereanu等人使用液压压块机对玉米杆、玉米芯、鹿角漆树、苹果树和松芯进行压块，研究发现所得球团的密度，均在本研究中杨木球团的密度范围内。
表 3. 球团平均密度（和标准偏差）的结果，单位为kg m-3
| 温度 | 进料速度(mm s-1) | ||
| 2.4 | 2.9 | 3.3 | |
| °C | kg m-3 | kg m-3 | kg m-3 |
| 100 | 746.74 (10.88) | 822.72 (49.66) | 837.03 (29.40) |
| 120 | 897.81 (55.40) | 848.81 (51.98) | 847.48 (12.40) |
| 140 | 838.41 (25.26) | 838.19 (13.10) | 916.82 (28.58) |
对于统计分析，图 6 显示了密度的残差图。这些图表明方差分析的假得到了满足。这些假设包括数据样本来源总体的正态分布、恒定方差和案例的独立性。表 4 显示了杨木纤维球团密度的方差分析。 该表显示，模具温度和进料速度在确定密度方面具有统计显著性 (p < 0.05)。温度和进料速度对密度的相互作用也具有统计显著性 (p < 0.05)。这与[35]的研究一致，更高的温度和更快的进料速度的综合影响会导致更高的球团密度。图 7 显示了密度的主效应图，显示密度随着温度从 100 °C 升高到 120 °C 而增加，但在 120 和 140 °C 之间的温度下几乎保持不变。然而，对于速度，密度随着进料速度的增加而增加。
图 6. 密度残差图：(a) 正态概率图； (b) VS配合； (c) 直方图； (d) VS顺序
图 7. 密度的主效应图
表 4. 密度方差分析
| 来源 | DF | Adj SS | Adj MS | F值 | P值 |
| 模型 | 8 | 91,297 | 11,412 | 7.47 | 0 |
| 线性的 | 4 | 51,815 | 12,954 | 8.48 | 0 |
| 温度 | 2 | 38,970 | 19,485 | 12.75 | 0 |
| 进料速度 | 2 | 12,845 | 6423 | 4.2 | 0.023 |
| 双向交互 | 4 | 39,482 | 9870 | 6.46 | 0.001 |
| 温度×进料速度 | 4 | 39,482 | 9870 | 6.46 | 0.001 |
| 错误 | 36 | 55,004 | 1528 | ||
| 共计 | 44 | 146,301 |
尽管进料速度和活塞速度对球团质量的影响可能不同，但 Voicea 等人指出球团的密度随活塞位移速度几乎呈线性变化。还注意到，活塞位移速度是与质量参数相关的弱参数，但仍然很重要； Li 和 Liu 发现，将压实速度提高到 3 MPa s-1 会降低球团的密度，超过这个速度，其影响就可以忽略不计了；Zafari等人发现，活塞速度对球团密度有显著影响，但活塞速度与堆肥样品的密度呈负相关；在 Orisaleye 等人、Jekayinfa 等人、Zhang 等人的研究中发现温度对密度具有统计显著性。然而，Lisowski 等人发现温度对由核桃壳团块的密度变化没有统计显著性。
3.3. 温度和给料速度对机械耐久性的影响
从表 5 中可以看出，在 2.4 mm s-1 和 100 °C 时，机械耐久性最低；在 3.3 mm s-1 和 140 °C 时，机械耐久性最高。 从表中可以看出，机械耐久性随着温度的升高而增加。这可能与早先提及的与更高的进食速度和温度相关的更高密度有关。平均机械耐久性介于 97.4% 和 98.43% 之间。
表 5. 球团的平均机械耐久性（和标准偏差）百分比结果
| 温度 | 进料速度(mm s-1) | ||
| 2.4 | 2.9 | 3.3 | |
| °C | % | % | % |
| 100 | 97.40 (0.07) | 97.88 (0.04) | 97.86 (0.11) |
| 120 | 98.14 (0.26) | 98.10 (0.20) | 97.99 (0.13) |
| 140 | 98.36 (0.09) | 98.38 (0.17) | 98.43 (0.48) |
图 8显示数据样本来源的总体正态分布、方差恒定、方差分析独立性的假设得到满足。表 6 中给出了机械耐久性的方差分析，可以看出，温度在确定机械耐久性方面具有统计显著性 (p < 0.05)。 尽管进料速度在不具有统计显著性，但温度与进料速度的相互作用在确定机械耐久性方面具有统计显著性。这与[42]一致，温度或进料速度对小麦秸秆和亚麻秸秆球团的强度没有显著影响。图 9 中的主效应图表明，在 100 和 140 °C 之间改变温度对机械耐久性的影响比进料速度的影响更大。 还表明，提高温度会提高杨木球团的机械耐久性。
图 8. 机械耐久性的残差图：(a) 正态概率图； (b) VS配合； (c) 直方图； (d) VS顺序
图 9. 机械耐久性的主效应图
表 6. 机械耐久性的方差分析
| 来源 | DF | Adj SS | Adj MS | F值 | P值 |
| 模型 | 8 | 4.2609 | 0.53261 | 9.41 | 0 |
| 线性的 | 4 | 3.6532 | 0.91331 | 16.13 | 0 |
| 温度 | 2 | 3.4576 | 1.72882 | 30.54 | 0 |
| 进料速度 | 2 | 0.1956 | 0.0978 | 1.73 | 0.192 |
| 双向交互 | 4 | 0.6076 | 0.15191 | 2.68 | 0.047 |
| 温度×进料速度 | 4 | 0.6076 | 0.15191 | 2.68 | 0.047 |
| 错误 | 36 | 2.0382 | 0.05662 | ||
| 共计 | 44 | 6.299 |
Gilvari 等人的一些研究表明，高于室温的压缩温度对于制造具有高耐久性的球团至关重要。与本研究的结果一致，Nurek等人指出，温度的升高提高了伐木残渣制成的球团的耐久性。关于温度对球团耐久性的重大影响，其他研究也有类似的结果，包括Zhang等人、Zafari和Kianmehr。Zafari 和 Kianmehr 指出，低进料速度对提高颗粒耐久性有显着影响。 然而，从图 6 可以看出，在本研究中没有观察到球团耐久性随进料速度的变化而变化，进料速度为2.4-2.9 mm s-1时，平均耐久性增加，但之后开始减少。 与本研究中的观察结果相反，Voicea 等人提出进料速度对球团的耐用性具有重要影响。
3.4. 温度和进料速度对耐水性的影响
表 7 中的结果表明，球团的耐水性在 91.60 和 96.12% 之间。在温度为120 °C和进料速度为5 mm s-1时，平均耐水性最高。图 10 显示方差分析的假设已得到满足，而表 8 显示防水性的方差分析。 从表 8 可以看出，温度和进料速度在确定耐水性方面具有统计显著性 (p < 0.05)。 在确定耐水性方面，温度和喂食速度之间的相互作用也具有统计显著性 (p < 0.05)。Orisaleye 等人和Jekayinfa 等人的研究表明，模具温度对耐水性具有重要意义，温度越高，球团的耐水性越好。 图 11 显示了耐水性的主效应图。
图 10. 耐水性的残差图：(a) 正态概率图； (b) VS配合； (c) 直方图； (d) VS顺序
图 11. 耐水指数的主效应图
表 7. 球团的平均耐水性（和标准偏差）的百分比结果
| 温度 | 进料速度(mm s-1) | ||
| 2.4 | 2.9 | 3.3 | |
| °C | % | % | % |
| 100 | 91.60 (1.50) | 93.08 (0.69) | 94.86 (0.40) |
| 120 | 96.12 (0.08) | 94.97 (0.63) | 95.13 (0.58) |
| 140 | 94.92 (0.31) | 93.51 (0.50) | 95.94 (0.30) |
表 8. 耐水性方差分析
| 来源 | DF | Adj SS | Adj MS | F值 | P值 |
| 模型 | 8 | 51.09 | 6.3864 | 9.42 | 0 |
| 线性的 | 4 | 34.2 | 8.5488 | 12.61 | 0 |
| 温度 | 2 | 23.84 | 11.9207 | 17.59 | 0 |
| 进料速度 | 2 | 10.35 | 5.1769 | 7.64 | 0.004 |
| 双向交互 | 4 | 16.9 | 4.2239 | 6.23 | 0.002 |
| 温度×进料速度 | 4 | 16.9 | 4.2239 | 6.23 | 0.002 |
| 错误 | 18 | 12.2 | 0.6777 | ||
| 共计 | 26 | 63.29 |
4. 结论
在这项研究中，确定了液压压球机的模具温度和进料速度对杨木球团质量的影响。 所涉及的温度为100、120 和 140°C，进料速度变化为 2.4、2.9 和 3.3 mm s-1，球团的密度范围为 746.7 至 916.8 kg m-3，机械耐久性范围为 97.4 至 98.4%，耐水性在91.6-96.1%之间。 温度对所有质量参数的影响均有统计显著性(p < 0.05)，并且球团质量随着模具温度的升高而提高。 进料速度对密度和耐水性具有统计显著性 (p < 0.05)。 温度和进料速度的相互作用对生物质球团的密度、机械耐久性和耐水性具有统计显著性 (p < 0.05)。
该研究证实，进料速度快和模具温度高有利于提高球团的物理和机械性能。后续的研究可以从以下几个方面着手，优化生物质特性：其他机器参数(如模具的几何形状)和生物质材料变量(如粒度、水分含量和生物质类型)。除此之外，还需要研究这些变量对热性能的影响。
Orisaleye, J. I., Jekayinfa, S. O., Dittrich, C., Obi, O. F., & Pecenka, R. Effects of Feeding Speed and Temperature on Properties of Briquettes from Poplar Wood Using a Hydraulic Briquetting Press. Resources, 12(1), 12. https://doi.org/10.3390/resources12010012
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