蒸汽爆破工艺概念澄清

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， s

k ——绝热指数，水蒸汽：k = 1.33

S ——汽缸密封口径(219mm)截面积mm2

V ——气罐的容积 L

Ts——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MPa

p*——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