蒸汽爆破工艺概念澄清（鹤壁市汽爆工程技术研究中心，458000）关键词：蒸汽爆破热喷放挤压膨化连续汽爆白酒酿造淀粉加工第一部分理论概念一、爆的物理概爆的物理概念为：能量在短时间突发性全部释放完毕。

在化学反应、核反应以及物理减压过程，衡量其突发性的表征之一便是看其在能量释放时是否伴有“炸响”声即伴随冲击波产生，其反应过程在毫秒级时间内完成。

比如鞭炮装以少量火药便可将本体炸碎，同时伴随有清脆而响亮的鞭炮声。

烟花尽管装药量比鞭炮多，但由于火药能量释放是长时间依次释放形式，故不能将本体炸碎。

因此，无论是炸药还是压力容器所产生的爆破，只有具备了突发性炸响声，可产生爆破冲击波才属于物理意义上的真正的爆破。

与此不同，一些通过打开快放阀门，使容器内压力迅速降低的减压过程由于没有产生毫秒级冲击波，参与反应物料是依次按前后顺序从高压向低压反应释放平衡，故不会产生剧烈的炸响声，减压过程远未达到毫秒级将全部容器内物料降为常压，均不具备爆破及蒸汽爆碎的必备条件。

这些做功过程由于时间较长，不产生瞬间大功率，也就无法达到爆破所预期的物理化学效果。

如果将快速打开与容器相连阀门的过程，定义为蒸汽爆破或定义为蒸汽爆破的另一种形式，则将会引起大规模改写目前世界各国教科书中关于“爆”的公认物理学定义。

如果将每一次快速打开阀门的操作均称为爆破过程，则将会引起生活或生产中对阀门操作的概念恐惧与误解；因为我们在日常生活与工业生产中经常会遇到操作各类阀门。

如果利用一个压力容器加个阀门的设备进行生物质预处理时，将名为汽爆，实为热喷放所取得的所谓科研成果，称为是汽爆科研成果，则犹如羊头与狗肉的关系。

如果将一个压力容器加个阀门的设备称为“汽爆机”或“蒸汽爆破机的另一种形式”，则未免显得荒唐而滑稽。

如果使用一个压力容器加个阀门的设备做出的结果冒充汽爆结果，则涉嫌学术造假。

一个压力容器加个阀门的设备只能做有关热喷放状态的结果，但绝对做不出有关汽爆的结果。

如果将一个压力容器加个阀门的设备申报涉及“汽爆机”的专利，居然被受理;又居然被授予专利权，就如同将专利授予永动机一样的可笑。

如果………。

我们从不否定热喷放物理过程所应有的科学价值，但热喷放不能假冒蒸汽爆破华容取宠，误导后人学者。

科学的重要原则是实事求是，是追求真实，是需要通过标准实验取得的。

如果不具备标准汽爆工艺实验台；其汽爆数据从何而来？一切建立在不真实基础上所产生的汽爆著作、汽爆成果、汽爆项目、汽爆研究，均是无效而有害的，他们从不敢公开关于汽爆的重要数据-爆发速度；也不敢公开他们的“汽爆”实验设备的爆发速度。

从一个没有爆发速度的汽爆设备所取得的结果，我们有理由怀疑它的真实性与学术价值。

二、汽爆机气体动力学基础汽爆机的放气速度设计是按超音速设计。

其计算依据是气体力学基本方程。

该方程式可精确计算汽爆过程时间，及气体膨胀降温后的温度。

目前汽爆机的爆速是依据该方程式按0.00875秒设计。

在这个爆速下，水蒸汽可从260℃在0.00875秒的时间内降至-46℃，实现绝热膨胀做功。

而目前所谓的3立方、5立方伪汽爆，经气体力学基本方程验算，它的喷放时间为10.5秒，两者相差1200倍。

由于放气时间远远超出了气体力学基本方程范围，故不存在绝热膨胀过程，从理论上证明了伪汽爆的实质。

无论何种汽爆设备，其爆出时间均由两部分相互渗透组成：第1部分：气流通道（阀门）开启时间该时间为气流通道开启到额定截面积的全过程时间。

在QB及LB\SB系列的汽爆设备中，该段时间为0.005075 s。

第2部分：压力平衡（放气）时间该时间计算方式可应用于任何一种汽爆设备。

首先要判断该放气过程究竟是绝热过程还是等温过程，这要根据具体情况确定。

一般气罐内当放气孔面积较大、排气快，接近于绝热过程；当放气孔面积较小、排气慢、器壁导热又好时则接近等温过程。

计算依据：气体力学基本方程（绝热过程），气体流动基本方程，绝热过程的声速方程。

上述方程在气体动力学基础教科书及一般技工学校教材中均可查阅，其中充放气时间常数计算方程如下所列：式中τ——充气与放气的时间常数， sk ——绝热指数，水蒸汽：k = 1.33S ——汽缸密封口径(219mm)截面积mm2V ——气罐的容积 LTs——气源绝对温度 K下图为放气时的压力——时间特性曲线：具体公式如上图中所示，为声速区与亚声速区两阶段时间相加，式中p1——初始绝对压力MPap*——临界压力，一般取p* = 0.192 MPa按照LB-2-11各项数据带入，V=11L，S = 37668 mm2当Ts= 493 K(220℃) , p1 = 2.31783MPa (相对压力2.2MPa) 时，则时间常数τ= 0.00085233s ，t2= 0.0036768 s综上，两部分时间相加，即：t1+t2 = 0.005075 + 0.003677 = 0.008752 s由于两部分实际为相互渗透发生过程，即在汽缸拉开的过程已经在放气，而放气的同时汽缸也在不断拉开，因此，实际的爆出时间T应为：t1 ≤ T ≤ t1+t2 ，即 0.005075s ≤ T ≤ 0.008752s 以上数据为针对LB机型的爆出时间计算结果。

在对外宣传时按最长爆出时间公布，是为了保持数据严谨。

我们不妨以目前专利局公布的一种5立方汽爆罐专利为例，将其汽爆罐的相关数据带入上述公式，也可得出其爆出时间，与LB机型加以比较。

其放气阀门为四寸球阀，开阀时间约为0.5秒，开阀有效截面积约为6280 mm2即：V = 5000 L (5 m3)，S = 6280mm2，其他条件相同，可以得出：t1 = 0.5 s , τ=2.324s，t2 = 10.0 s , t1 + t2 = 10.5 s从上述对比可以看出，由于气流通过截面积与气罐容积的巨大反差，使得两种设备的爆出时间相差1200倍。

三、汽爆工程热力学基础一般的生活常识告诉我们，当使用高压锅完成蒸煮食品时，需放汽减压方可打开锅盖，此时我们会发现锅内食品是热的，约100℃；当我们在一个容器底部放置一个“快放”阀门做热喷试验时，我们会发现喷出物的温度同样在100℃附近；当我们利用汽爆工艺试验台做汽爆试验时，我们测得：当采用4Mpa的蒸汽压，即250℃温度汽爆后，其爆出物料温度在0.00875秒瞬间降至约20℃（比室内温度略低），其反应过程时间与压力无关，与装料多少容积大小无关。

工程热力学告诉我们，汽体在膨胀做功后，将会使温度降低，即可理解为，以失去热功来置换机械功。

如果未发生膨胀做功，那么热功就不会产生功的置换与转移，其判定依据为是否可引起了物料温度的骤变。

有温度骤变的则发生过膨胀做功，无温度骤变的则没有发生膨胀做功。

从试验上分析热喷或膨化工艺，由于其缺乏汽体膨胀做功的必要结果条件，因此热喷和膨化工艺从工程热力学焓、熵、火用、火无等基础热力学过程来分析，缺乏对物料产生膨化做功的热力学条件，如果对未完成膨胀做功的热喷、连续蒸煮及膨化工艺，不顾工程热力学基本原理，毫无任何学术价值臆想它与完成膨胀做功的汽爆一致，主观的认为爆破速度与结果无关，那么仅可以理解为一种商业宣传或者一种幻想。

由于汽爆时具有产生膨胀做功的物理学理论支持，我们正是利用这种物理学基础，依照膨胀降温做功的原理，利用膨胀功去分离纤维素、半纤维素、木质素、糖链等，以期实现对生物质进行发酵及萃取开展预处理工艺。

而热喷与膨化工艺无汽体膨胀做功产生条件缺乏工程热力学理论支持。

由于热喷与膨化不产生膨化功不具备纤维素等分离所需的分离力，只是完成将物料熟化变软而已。

四、蒸汽爆破的技术本质汽爆的技术本质为：将渗进植物组织内部被压缩的气体短时间突发性释放完毕，目的是用较少的能量将原料按目的分解。

汽爆机是将容器内的全部原料在毫秒级的范围内，以炸散的形式悬在大气空间。

由于其作用时间短，能量密度高而且集中,蒸汽分子可以渗透到纤维素与木质素等大分子之间，可充分的在大分子水平上将物料分解。

汽爆的物理过程，类似于在封闭的房间外突发性降低气压，使房间内的气体向外冲出，将房间摧毁，达到分离纤维素与木质素等大分子的目的。

假如气压降低的速度较慢，则气体会从房间的各个孔隙中泄出，而不会使房间受到损坏。

在汽爆时，将植物（被爆物）置于一压力容器内，遵循在一个压力容器内压力处处相等的基本原理，利用植物表层微孔，将高压汽体渗透至植物组织内部，待植物组织内部压力与容器压力平衡后，突然将全体被爆物呈置于大气压下。

由于植物表层微孔很小，如果外压下降迅速，瞬间下降为大气压，此时植物内部被充汽体只有很少部分通过植物表层微孔原路返回大气压，而大部分存于植物内部的高压汽体，则在内外压差的做用下完成膨胀做功，破坏植物组织内部结构，从而完成木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离。

这样，就实现了如纤维乙醇、生物基丁醇、生物质天然气、低聚木糖，木糖及其它类糖、无碱造纸、麻类脱胶、烟叶加工、白酒酿造、淀粉加工等制取过程中重要的预处理过程。

第二部分与其他技术的区分一、工作压力的区别由于连续汽爆机是由汽缸与活塞组成的“压缩机”结构，较由筒体与焊接封头组成的热喷放罐安全可靠。

因此，我国《钢制压力容器》GB150-1998在第一章第三款中明确规定此类结构部件受压器室，不属于压力容器范围。

但热喷放罐由于筒体与封头形成焊接整体，具备了压力容器特征，在使用中具有危险性。

为此我国目前所批准的热喷放罐工作压力不允许超过1.8MPa。

而由汽缸与活塞组成的连续汽爆机，由于结构固有的安全性，因此不属于压力容器，不需国家做生产批准。

因此其工作压力可根据客户要求做到任意压力。

众所周知，汽爆工作压力越高，则做功时间越短。

且蒸汽压力增高，增加耗煤甚微。

而汽爆机工作时间越短，则节约蒸汽越明显。

汽爆机目前其保压时间大多工作在10秒～60秒，而热喷放罐保压工作时间大多在600秒～1800秒，两者相差巨大。

就如现代化电厂，为了提高发电效率节煤，其蒸汽压力从超临界向超超临界发展，而低于临界压力的小发电厂，由于发电效率低下，不符合节能要求，而被国家强令关闭。

同样，由于热喷放技术工作压力低下，是早期在没有汽爆机出现前的一种不成熟技术，不符合节能减排的基本国策，因此热喷放技术将与小火电一样最终将被淘汰。

二、爆出物质量的区别综前所述，真正的汽爆是在0.00875秒内将物料爆于大气压，而热喷放设备是在10秒内将物料喷于大气压。

物料从爆出开始至结束是有先有后依序爆出或喷出的。

其压力是从大至小至零在变化。

而最先爆（喷）出的物料与最后爆（喷）出的物料由于所处压力不同，其效果也不同。

关于此观点，就连热喷放专家也承认不同的压力将会有不同的结果，否则他们也不会规定出1.8MPa而不是0.5MPa。

汽爆由于全体物料均在0.00875秒范围内完成，那么他的最大时间差就是0.00875秒。