大学课程《生物质化学》PPT课件：3.1生物质的理化性能.pptx

生物质的理化性能,收储运,收集,处理,储存,运输,转化,进料,转化,中间产物分离与提质,产品收集,形状和粒度,密度,含水量,流动性,吸湿性,形状和粒度,密度,流动性,含水量,磨削性,形状和粒度 固定碳含量,密度,热值,流动性 元素组成,含水量 导热率,挥发分含量 比热容,灰分含量 化学成分,预处理,干燥,破碎,筛分,图,3-1,木质纤维素的理化特性和化学组成对转化工艺的影响,表,3-1,木质纤维素理化特性的工程应用,理化特性,工程应用,颗粒形状,影响物料流动性，是处理、进料和储存设施的设计参数,粒度,进料、破碎和储存设施的设计参数,密度,处理、储存和运输设施设备的设计参数,流动性,处理、进料和储存设施的设计参数,磨削性,破碎设施的设计参数,吸湿性,干燥和储存设施的设计参数,含水量,处理、储存、干燥、进料设施和转化过程的设计参数,灰分含量,生物质燃烧、热解气化或气化过程中结渣和结垢问题的潜在风险评估,挥发分含量,转化效率,元素组成,转化效率,热值,能量回收效率,热特性,热化学转化效率,化学成分,转化效率,3.1,生物质的理化性能,形状,、粒度和,粒度分布,密度和堆积密度,摩擦,和流动,特性,易碎,（,磨,）,性,热特性,3.1.1,形状,、粒度和粒度分布,3.1.1,形状、,粒度,和粒度分布,粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度,球形颗粒,直径,长方形颗粒,长宽高,非球形颗粒,？,球形颗粒,非球形颗粒,各种,直径的表示方法,（,a,）三轴径,;,（,b,）,Feret,;,（,c,）,Krummbei,径,;,（,d,）,Martin,径,;,（,e,）,Heywood,径,3.1.1,形状、,粒度,和粒度分布,(,1),三轴径,(2),定方向径（投影径）,(3)Heywood,径,投影面积圆相当径，是与粒子投影面积相同的圆的直径，常用,D,H,表示。

4),球相当径,又称为体积等价径（,equivalent volume diameter),，是与粒子等体积的球体的直径（记作,D,V,），并,由粒子的体积公式,V=,（,D,V,）,3,/6,计算而得到,D,V,的值3.1.1,形状、,粒度,和粒度分布,筛分,径（,sieving diameter,）,又称为细孔通过相当径当粒子通过粗筛网且被截留在细筛网上时，粗细筛孔直径的算术或几何平均值称为筛分径，记作,D,A,算术平均值,：,几何平均值：,在,以上两式中：,a,粒子通过的粗筛网直径，,b,截留粒子的细筛网直径,3.1.1,形状、,粒度,和粒度分布,筛分径（,sieving diameter,）,筛目就是每英寸长度上的筛孔,数当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的孔径范围称为筛分径例如,：,粉末的粒径为,45,60,目表示该粉末可通过,45,目粗筛网，而停留在,60,目筛网上丝网筛,3.1.1,形状、,粒度,和粒度分布,粒径,不等,的,颗粒群,，,存在着,粒度分布,（,particle size distribution,）,问题,粒度分布,可用简单的,表格、绘图和函数,等形式表示。

一般常用,频率粒度分布,或,累积粒度分布,来表示粉体的粒度分布,状态3.1.1,形状、,粒度,和,粒度分布,粒径,（,m,）,频率粒度分布,累积粒度分布,质量,（,%,）,个数,（,%,）,质量（,%,）,个数（,%,）,粒径,粒径,粒,径,粒径,20,2025,2530,3035,3540,4045,45,6.5,15.8,23.2,23.9,24.3,8.8,7.5,19.5,25.6,24.1,17.2,7.6,3.6,2.4,100.0,93.5,77.7,54.5,30.6,16.3,7.5,6.5,22.3,45.5,69.4,83.7,92.5,100.0,100.0,80.5,54.9,30.8,13.6,6.0,2.4,19.5,45.1,69.2,86.4,94.0,97.6,100.0,（百分含量的基准采用个数基准和质量基准）,3.1.1,形状、粒度和,粒度分布,用图形法表示的粒度分布示意图,（,a,）频率分布；（,b,）累计分布,3.1.1,形状、粒度和,粒度分布,单位体积生物质的,质量,称为,生物质的密度,生物质是多孔性材料，由于,颗粒内部含有空隙，颗粒之间也含有空隙，,所以生物质的密度有,颗粒的密度,和,粒群的堆积密度。

3.1.2,密度和堆积密度,（,1,）,表观密度,（,apparent density,），指包含颗粒本身空隙在内的单个颗粒的密度，记为,（,2,）,真密度,（,true density,），指不包括颗粒本身空隙在内的颗粒物质的实有密度，记为,物体,的真密度与同体积的,1,个大气压、,4,的纯水的真密度之比称,实质比重,木材,的实质比重都大致相同，均在,1.491.57,之间，平均值为,1.54,农作物秸秆的真密度在,1.1 1.3,之间3.1.2,密度,和堆积密度,粒,群的,堆积密度,（,bulk density,）,它,把颗粒与颗粒间的空隙算作物质的体积所计算的物质密度，在自然堆积时，单位体积物料的质量就是堆积密度，记为,3.1.2,密度和,堆积密度,3.1.3.1,休止角,(,Angle,of,repose),3.1.3.2,内摩擦角,(,Angle,of internal,friction),3.1.3.3,滑动角,(,Angle,of,slide),3.1.3.4,流动性,(Flowability),3.1.3,摩擦和流动特性,3.1.3.1,休止角,Angle of repose,方法是使,料,堆成尽可能陡的堆,(,圆椎状,),，堆的斜边与水平线的夹角即为,休止角,。

测定时，可将粉粒置漏斗中，使流下并堆成堆，如果形成的堆高为,H,，底部的半径为,r,，则,:,tan,=H/r,休止角测定方法,3.1.3,摩擦和流动特性,固定漏斗法,固定圆椎底法,倾斜箱法,转动圆柱体法,3.1.3.2,内摩擦角,Angle of internal friction,在容器内，经容器底部孔口下流的流动物料与堆积物料之间形成的平衡角称为内摩擦角，即孔口上方一圈停滞不动的物料的边缘与水平面所形成的夹角，它往往要大于休止角3.1.3,摩擦和流动特性,3.1.3.3,滑动角,Angle of slide,将载有颗粒物料的平板逐渐倾斜，当颗粒物料开始滑动时的最小倾角，即平板与水平面的夹角，称为,滑动角,s,，表示颗粒物料与固体壁面的摩擦性能对于非粘性物颗粒物料，一般它要小于休止角为了使颗粒物料可自由流动，在设计料斗时，必须要求料斗底部设计成圆锥状，且锥顶角要小于,(180,-2,s,),；气力输送管线与铅垂线之间的夹角也要小于,(90,-,s,),3.1.3,摩擦和流动特性,3.1.3.4,流动性,(Flowability,),3.1.3,摩擦和流动特性,是衡量生物质从一个点流向另一个点的好坏的指标,。

表征：休止角、内聚系数、压缩指数和流动指数3.1.3.4,流动性,(Flowability,),3.1.3,摩擦和流动特性,内聚系数,是颗粒直径和休止角的函数：,(3-1),其中,，,C,是内聚系数，,d,是颗粒的直径压缩指数,：,(3-2),其中,，,C,b,是压缩率，,bi,是固结前的初始堆积密度，,bf,是给定固结压力下的最终堆积密度3.1.4,易碎,(,磨,),性,易碎,(,磨,),性,(,Grindability):,在,一定粉碎条件下，将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需要的比功耗,单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量，或施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度,影响因素,：,与,材料的强度、硬度、脆性、韧性等有关,生物质,较难研磨,：,的,木质纤维素成分，尤其是纤维素和木质素，纤维质非常,多3.1.4,易碎,(,磨,),性,表示方法,：,哈氏可磨性指数,（,HGI,）、,Bond,粉碎功指数（,BWI,）,等HGI,：,HGI,方法通常用于煤和石油焦，该方法不考虑研磨能量,BWI,：,为,将试样粒径粉碎到,80%,能够通过,100 m,筛孔径所需要消耗的比能耗,。

生物质,颗粒燃料的,BWI,值，范围从,15,到,420 kWht,-1,，烘焙颗粒的可磨性最好，木颗粒的可磨性最差3.1.4,易碎,(,磨,),性,机械粉碎,的设备和方式有很多，如刀式粉碎、盘式粉碎、蒸汽粉碎以及球磨粉碎等,优缺点,：,操作,简单有效，但比能耗大，成本高,3.1.4,热特性,表示方法,：,哈氏可磨性指数,（,HGI,）、,Bond,粉碎功指数（,BWI,）,等HGI,：,HGI,方法通常用于煤和石油焦，该方法不考虑研磨能量,BWI,：,为,将试样粒径粉碎到,80%,能够通过,100 m,筛孔径所需要消耗的比能耗,生物质,颗粒燃料的,BWI,值，范围从,15,到,420 kWht,-1,，烘焙颗粒的可磨性最好，木颗粒的可磨性最差3.1.4.1,比热,容,specific heat,比热,:,是单位质量的物质每升高,1,所需要的热量例如,：,绝干木材,的的比热容几乎与树种无关，比热容与温度几乎成线形关系：,C,p,=1.112+0.00485t(kJ/(kg,),而,湿,木材,的比热是绝干木材的比热与,木材,中水和树脂比热的总和，其中树脂的比热约为,2.0934 kJ/(kg,),。

200 m,以下,的,农业,生物质,：,3.1.4,热特性,生物质是多孔性物质，孔隙中充满空气，空气是热的不良导体，所以,生物质的导热性较小,生物质导热性除受温度影响外，还取决于木材的密度、含水率和纤维方向生物质导热性随着密度或含水率的增加而提高三种木材在不同纤维方向的热导率,3.1.4.2,导热性,Thermal conductivity,3.1.4,热特性,。