汽爆設備工作原理

傳統的汽爆工藝是1928年由W H Mason發展起來的。但從爆破的物理意義來衡量時，這種方法不能稱之為爆破，而應該稱之為蒸汽熱噴放技術。所謂熱噴放技術通常是指將高溫高壓蒸煮過的物料經快放閥釋放至常壓接收容器的過程。由于物料是依次通過快放閥門，故釋放出物料的爆破壓力隨經過閥門的先后依次降低，更重要的是被爆植物組織內部蒸汽的能量不能以爆的形式瞬間釋放，而是從植物組織內逐漸釋放。 [3] 

除了這種技術之外，還存在另外一種所謂的”蒸汽爆破“技術即膨化技術。這是食品工業上經常采用的處理膨化食品的一種方法，即螺桿擠壓膨化食品加工技術。由于上述兩種技術均不符合”爆破“的物理定義，因此不屬”蒸汽爆破“范疇。 [3] 

1、汽爆設備的必備屬性

爆的物理概念為：能量在短時間突發性全部釋放完畢。在化學反應、核反應以及物理減壓過程，衡量其突發性的表征之一便是看其在能量釋放時是否伴有“炸響”聲即伴隨沖擊波產生，其反應過程在毫秒級時間內完成。比如鞭炮裝以少量火藥便可將本體炸碎，同時伴隨有清脆而響亮的鞭炮聲。煙花盡管裝藥量比鞭炮多，但由于火藥能量釋放是長時間依次釋放形式，故不能將本體炸碎。

因此，無論是炸藥還是壓力容器所產生的爆破，只有具備了突發性炸響聲，可產生爆破沖擊波才屬于物理意義上的真正的爆破。與此不同，一些通過打開快放閥門，使容器內壓力迅速降低的減壓過程由于沒有產生毫秒級沖擊波，參與反應物料是依次按前后順序從高壓向低壓反應釋放平衡，故不會產生劇烈的炸響聲，減壓過程遠未達到毫秒級將全部容器內物料降為常壓，均不具備爆破及蒸汽爆碎的必備條件。這些做功過程由于時間較長，不產生瞬間大功率，也就無法達到爆破所預期的物理化學效果。

如果將快速打開與容器相連閥門的過程，定義為蒸汽爆破或定義為蒸汽爆破的另一種形式，則將會引起大規模改寫世界各國教科書中關于“爆”的公認物理學定義。因此，汽爆設備的必備屬性首先應滿足爆破（放氣）時間的最大限值。由于秸稈等草本類物質的蒸汽滲透時間一般小于1秒，因此，對于汽爆設備的放氣時間不能大于0.1秒，才能夠產生壓差，破壞纖維素的晶格結構，產生真正的汽爆作用。廣泛使用的彈射式汽爆設備的爆破時間為0.00875秒，已具備了這一必要條件。 [4] 

2、汽爆設備的工藝參數

汽爆工藝的主要參數——物料內因與設備外因

2.1 物料內因

物料內因大致可包括：物料種類及組織成分、含水率、預浸泡、化學預處理、粉碎程度、流動性等。物料種類的選擇是課題選向的根本，其組織成分、生長特點、收獲產量、適宜種植地區均應充分考慮。

含水率則是一項易被忽視的重要因素，因為它并不單純是計算干物質的依據，還影響到生產實施中的生物質收獲模式、運輸方式、貯存方式。此外，由于植物組織細胞內水分對汽爆結果有著直接而重要的影響，含水率還會對汽爆設備工藝參數產生重要影響。預浸泡與化學預處理實質是與汽爆手段復合在一起的其他預處理方式，也是最為常見的對比實驗內容。

粉碎程度與流動性是相互關聯的兩個因素，在大部分情況下對汽爆結果產生的影響較小。但在規模生產時，這兩個因素會對汽爆設備實際產量、配套粉碎設備型式、粉碎功耗、物流輸送設備型式等工業設計參數產生關鍵影響。為了保持與工業生產環境一致，在汽爆實驗時也應采用相同條件。

2.2 設備外因

設備外因包括：蒸汽壓力（溫度）、蒸汽成分、維壓時間、爆破（放氣）時間等。這些因素也是狹義上的汽爆工藝參數。其中蒸汽壓力與維壓時間可受使用者調控，是實驗中最常見的主要對比參數。

爆破（放氣）時間則是設備固有參數。由于這一參數是由汽爆設備自身結構型式確定的，往往會被忽視。依據汽爆原理，在同等的能量下為了取得最大的爆破功率，則需要爆破（放氣）時間趨近于零。因此在同等的蒸汽壓力與維壓時間下，不同的汽爆設備會因其自身不同的爆破（放氣）時間而產生不同的預處理效果。所以，在更為規范和完整的汽爆工藝參數表達形式中應加入對爆破（放氣）時間或蒸汽爆破設備型式的記錄和描述。

總之，上述參數的實驗目標指向則由物料轉化方向譬如纖維乙醇、麻類脫膠、木糖制取、造紙等不同課題方向決定，并據此對不同參數組合的實驗結果做出評價。 [4]