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2023
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液壓壓球機(jī)的進(jìn)料速度和溫度對楊木球團(tuán)性能的影響（2）
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來源：公司內(nèi)部
3. 結(jié)果與討論
在不同條件下測定了使用液壓壓塊機(jī)制成的楊木球團(tuán)的密度、耐久性和耐水性。在壓球過程中，如實驗設(shè)計中指定的那樣，溫度和進(jìn)料速度發(fā)生變化，以確定它們對球團(tuán)質(zhì)量的影響。由于所用原材料的粉碎程度也對球團(tuán)特性有大的影響，因此首先對此進(jìn)行了更詳細(xì)的研究。
3.1. 楊木纖維的特性
干燥后纖維的堆積密度為 87.7 kg m-3（含水量10%，濕基）。 粒度分析結(jié)果如圖 5 所示。根據(jù)這一分析，壓塊原料的平均粒徑 (X50) 為 0.55 mm，細(xì)粉（小于 0.5mm的顆粒）含量為 47%。
圖 5. 壓塊的原材料（楊木纖維）的粒度分布
3.2. 溫度和進(jìn)料速度對球團(tuán)密度的影響
表 3 顯示了各變量對密度的影響。 從表中可以看出，進(jìn)料速度為3.3mm s-1，溫度為140℃時，球團(tuán)密度最高，為 916.82 kg m-3；進(jìn)料速度為2.4 mm s-1，溫度為100℃時，球團(tuán)密度最低。Lindley 和 Vossoughi 指出，無論材料類型如何，生物質(zhì)進(jìn)料率都會影響球團(tuán)的密度。Co?ereanu等人使用液壓壓塊機(jī)對玉米桿、玉米芯、鹿角漆樹、蘋果樹和松芯進(jìn)行壓塊，研究發(fā)現(xiàn)所得球團(tuán)的密度，均在本研究中楊木球團(tuán)的密度范圍內(nèi)。
表 3. 球團(tuán)平均密度（和標(biāo)準(zhǔn)偏差）的結(jié)果，單位為kg m-3
| 溫度 | 進(jìn)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) |
對于統(tǒng)計分析，圖 6 顯示了密度的殘差圖。這些圖表明方差分析的假得到了滿足。這些假設(shè)包括數(shù)據(jù)樣本來源總體的正態(tài)分布、恒定方差和案例的獨立性。表 4 顯示了楊木纖維球團(tuán)密度的方差分析。 該表顯示，模具溫度和進(jìn)料速度在確定密度方面具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。溫度和進(jìn)料速度對密度的相互作用也具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。這與[35]的研究一致，更高的溫度和更快的進(jìn)料速度的綜合影響會導(dǎo)致更高的球團(tuán)密度。圖 7 顯示了密度的主效應(yīng)圖，顯示密度隨著溫度從 100 °C 升高到 120 °C 而增加，但在 120 和 140 °C 之間的溫度下幾乎保持不變。然而，對于速度，密度隨著進(jìn)料速度的增加而增加。
圖 6. 密度殘差圖：(a) 正態(tài)概率圖； (b) VS配合； (c) 直方圖； (d) VS順序
圖 7. 密度的主效應(yīng)圖
表 4. 密度方差分析
| 來源 | DF | Adj SS | Adj MS | F值 | P值 |
| 模型 | 8 | 91,297 | 11,412 | 7.47 | 0 |
| 線性的 | 4 | 51,815 | 12,954 | 8.48 | 0 |
| 溫度 | 2 | 38,970 | 19,485 | 12.75 | 0 |
| 進(jìn)料速度 | 2 | 12,845 | 6423 | 4.2 | 0.023 |
| 雙向交互 | 4 | 39,482 | 9870 | 6.46 | 0.001 |
| 溫度×進(jìn)料速度 | 4 | 39,482 | 9870 | 6.46 | 0.001 |
| 錯誤 | 36 | 55,004 | 1528 | ||
| 共計 | 44 | 146,301 |
盡管進(jìn)料速度和活塞速度對球團(tuán)質(zhì)量的影響可能不同，但 Voicea 等人指出球團(tuán)的密度隨活塞位移速度幾乎呈線性變化。還注意到，活塞位移速度是與質(zhì)量參數(shù)相關(guān)的弱參數(shù)，但仍然很重要； Li 和 Liu 發(fā)現(xiàn)，將壓實速度提高到 3 MPa s-1 會降低球團(tuán)的密度，超過這個速度，其影響就可以忽略不計了；Zafari等人發(fā)現(xiàn)，活塞速度對球團(tuán)密度有顯著影響，但活塞速度與堆肥樣品的密度呈負(fù)相關(guān)；在 Orisaleye 等人、Jekayinfa 等人、Zhang 等人的研究中發(fā)現(xiàn)溫度對密度具有統(tǒng)計顯著性。然而，Lisowski 等人發(fā)現(xiàn)溫度對由核桃殼團(tuán)塊的密度變化沒有統(tǒng)計顯著性。
3.3. 溫度和給料速度對機(jī)械耐久性的影響
從表 5 中可以看出，在 2.4 mm s-1 和 100 °C 時，機(jī)械耐久性最低；在 3.3 mm s-1 和 140 °C 時，機(jī)械耐久性最高。 從表中可以看出，機(jī)械耐久性隨著溫度的升高而增加。這可能與早先提及的與更高的進(jìn)食速度和溫度相關(guān)的更高密度有關(guān)。平均機(jī)械耐久性介于 97.4% 和 98.43% 之間。
表 5. 球團(tuán)的平均機(jī)械耐久性（和標(biāo)準(zhǔn)偏差）百分比結(jié)果
| 溫度 | 進(jìn)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) |
圖 8顯示數(shù)據(jù)樣本來源的總體正態(tài)分布、方差恒定、方差分析獨立性的假設(shè)得到滿足。表 6 中給出了機(jī)械耐久性的方差分析，可以看出，溫度在確定機(jī)械耐久性方面具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。 盡管進(jìn)料速度在不具有統(tǒng)計顯著性，但溫度與進(jìn)料速度的相互作用在確定機(jī)械耐久性方面具有統(tǒng)計顯著性。這與[42]一致，溫度或進(jìn)料速度對小麥秸稈和亞麻秸稈球團(tuán)的強度沒有顯著影響。圖 9 中的主效應(yīng)圖表明，在 100 和 140 °C 之間改變溫度對機(jī)械耐久性的影響比進(jìn)料速度的影響更大。 還表明，提高溫度會提高楊木球團(tuán)的機(jī)械耐久性。
圖 8. 機(jī)械耐久性的殘差圖：(a) 正態(tài)概率圖； (b) VS配合； (c) 直方圖； (d) VS順序
圖 9. 機(jī)械耐久性的主效應(yīng)圖
表 6. 機(jī)械耐久性的方差分析
| 來源 | DF | Adj SS | Adj MS | F值 | P值 |
| 模型 | 8 | 4.2609 | 0.53261 | 9.41 | 0 |
| 線性的 | 4 | 3.6532 | 0.91331 | 16.13 | 0 |
| 溫度 | 2 | 3.4576 | 1.72882 | 30.54 | 0 |
| 進(jìn)料速度 | 2 | 0.1956 | 0.0978 | 1.73 | 0.192 |
| 雙向交互 | 4 | 0.6076 | 0.15191 | 2.68 | 0.047 |
| 溫度×進(jìn)料速度 | 4 | 0.6076 | 0.15191 | 2.68 | 0.047 |
| 錯誤 | 36 | 2.0382 | 0.05662 | ||
| 共計 | 44 | 6.299 |
Gilvari 等人的一些研究表明，高于室溫的壓縮溫度對于制造具有高耐久性的球團(tuán)至關(guān)重要。與本研究的結(jié)果一致，Nurek等人指出，溫度的升高提高了伐木殘渣制成的球團(tuán)的耐久性。關(guān)于溫度對球團(tuán)耐久性的重大影響，其他研究也有類似的結(jié)果，包括Zhang等人、Zafari和Kianmehr。Zafari 和 Kianmehr 指出，低進(jìn)料速度對提高顆粒耐久性有顯著影響。 然而，從圖 6 可以看出，在本研究中沒有觀察到球團(tuán)耐久性隨進(jìn)料速度的變化而變化，進(jìn)料速度為2.4-2.9 mm s-1時，平均耐久性增加，但之后開始減少。 與本研究中的觀察結(jié)果相反，Voicea 等人提出進(jìn)料速度對球團(tuán)的耐用性具有重要影響。
3.4. 溫度和進(jìn)料速度對耐水性的影響
表 7 中的結(jié)果表明，球團(tuán)的耐水性在 91.60 和 96.12% 之間。在溫度為120 °C和進(jìn)料速度為5 mm s-1時，平均耐水性最高。圖 10 顯示方差分析的假設(shè)已得到滿足，而表 8 顯示防水性的方差分析。 從表 8 可以看出，溫度和進(jìn)料速度在確定耐水性方面具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。 在確定耐水性方面，溫度和喂食速度之間的相互作用也具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。Orisaleye 等人和Jekayinfa 等人的研究表明，模具溫度對耐水性具有重要意義，溫度越高，球團(tuán)的耐水性越好。 圖 11 顯示了耐水性的主效應(yīng)圖。
圖 10. 耐水性的殘差圖：(a) 正態(tài)概率圖； (b) VS配合； (c) 直方圖； (d) VS順序
圖 11. 耐水指數(shù)的主效應(yīng)圖
表 7. 球團(tuán)的平均耐水性（和標(biāo)準(zhǔn)偏差）的百分比結(jié)果
| 溫度 | 進(jìn)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
| 來源 | DF | Adj SS | Adj MS | F值 | P值 |
| 模型 | 8 | 51.09 | 6.3864 | 9.42 | 0 |
| 線性的 | 4 | 34.2 | 8.5488 | 12.61 | 0 |
| 溫度 | 2 | 23.84 | 11.9207 | 17.59 | 0 |
| 進(jìn)料速度 | 2 | 10.35 | 5.1769 | 7.64 | 0.004 |
| 雙向交互 | 4 | 16.9 | 4.2239 | 6.23 | 0.002 |
| 溫度×進(jìn)料速度 | 4 | 16.9 | 4.2239 | 6.23 | 0.002 |
| 錯誤 | 18 | 12.2 | 0.6777 | ||
| 共計 | 26 | 63.29 |
4. 結(jié)論
在這項研究中，確定了液壓壓球機(jī)的模具溫度和進(jìn)料速度對楊木球團(tuán)質(zhì)量的影響。 所涉及的溫度為100、120 和 140°C，進(jìn)料速度變化為 2.4、2.9 和 3.3 mm s-1，球團(tuán)的密度范圍為 746.7 至 916.8 kg m-3，機(jī)械耐久性范圍為 97.4 至 98.4%，耐水性在91.6-96.1%之間。 溫度對所有質(zhì)量參數(shù)的影響均有統(tǒng)計顯著性(p < 0.05)，并且球團(tuán)質(zhì)量隨著模具溫度的升高而提高。 進(jìn)料速度對密度和耐水性具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。 溫度和進(jìn)料速度的相互作用對生物質(zhì)球團(tuán)的密度、機(jī)械耐久性和耐水性具有統(tǒng)計顯著性 (p < 0.05)。
該研究證實，進(jìn)料速度快和模具溫度高有利于提高球團(tuán)的物理和機(jī)械性能。后續(xù)的研究可以從以下幾個方面著手，優(yōu)化生物質(zhì)特性：其他機(jī)器參數(shù)(如模具的幾何形狀)和生物質(zhì)材料變量(如粒度、水分含量和生物質(zhì)類型)。除此之外，還需要研究這些變量對熱性能的影響。
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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