磨碎筛分设备的新应用--应对实验室中制备植物性样品的挑战

生物质燃料相对于太阳能和风能而言具有巨大优势：生物能源储藏于生长着的原料之中，并可根据需要加以利用。随着对生物质的应用日益增长，分析技术对其开发和质量监控也同样具有重要意义。植物原料的复杂属性（如易挥发的组成、纤维状结构或磨蚀性等），使得对分析过程的样品前处理要求甚高，需要借助一些经验才能获得可靠和具有重现性的分析结果。选择适合的实验室研磨机不仅取决于样品的性状，其在该领域内适用的标准同样重要。获得生物能源的方法基本上可分为3种：直接燃烧法、提取法以及发酵法。

图1. 含油的大豆在超离心研磨机中借助于1mm的间隔筛进行碎化。

直接燃烧原料

将木材处理成碎块后置于炉子中燃烧，干燥木材的热值与其重量有关，热值会随着木材所含的水分而降低。因此木材的干燥部分对于其商业价值具有决定性的意义。

烤炉烘干法是用于测定木材中水分的唯一规范的方法（DIN 52 183）。采用热重量法测定水分，将样品置于103℃条件下直至其恒重为止。灰分的测定方法相似，只是将样品于500℃以上的氧气流中加热灰化。为了加速这一过程并得到具有重现性的结果，木材样品于分析之前要处理成2~3mm大小的碎块。按照原来颗粒大小的不同，采用莱驰剪磨机或ZM?200型超级离心磨进一步细磨。上述用于样品制备和分析的要求和方法已通过相应规范（如 EN14961）确定。此外，木材碎块的大小也很重要。较小的燃烧炉只能加工一定尺寸的样品，特别是小于0.5mm的细粒样品，可能堵塞螺杆运输通道并引起爆燃，从而降低燃料的质量。进行此类纤维状物料的分析时，不宜采用仅适用于小方块型物料分析的方块型筛分仪。

图2. 莱驰公司提供各种实验室磨机用于植物性原料的碎化。

通过提取获得生物能源

有效获取生物能源的另一种方法是从植物性原料中提炼可燃性部分。在欧洲主要是从油菜中提取油酯，其柴油标准为DIN EN 14214；而在美国大豆则是重要角色，将大豆油酯化以制取生物柴油。生物柴油的优点在于：二氧化碳为中性物质，且燃烧时不产生颗粒物。种子的质量监控包括事先采用超离心研磨机（ZM 200）将其破碎、采用纤维状物料筛分机（AS 400 Control）和方块型物料筛分仪（AS 200 Control）对种子和其他植物组成进行量化。

图1是以大豆为例的研磨结果。为对样品进行有效提取，粒度大小以500μm为佳。若样品粒度过大，提取过程会太长，而颗粒过小则可能堵塞顶针。磨碎时借助于超离心研磨机（ZM200）并应用1mm的间隔筛（防止样品变热和油溢出），所得细度在其半筛值附近。

图3. 应用莱驰AS 400 Control（Plansieb）筛分机进行纤维状物料的碎化。

通过微生物进行发酵

沼气生产设备在生物能源制取中具有重大的意义，原则上该设备可应用任何类型的生物质原料（藻类和植物废料）。在隔绝氧气的环境下，植物通过微生物的“消化”产生的甲烷可用于供热站燃烧，与甲烷产率相关的重要因素是植物的种类和所用的微生物。为在实验室条件下加速降解过程，植物废料需要预先粉碎。通常采用如莱驰Grindomix刀式碎磨机，可加工藻类和青贮饲料等潮湿物料。加工产生的均匀浆料，可比未经碎化的物料更快速地降解。

有效碎化生物质

为了有效地应用生物质获取能源，需在其开发和质量监控方面进行多种分析。为此首先需将物料进行有效碎化，而植物性原料的粉碎往往会成为技术上的挑战，如其中含有易挥发性的组分、具有纤维状的结构或者具有磨蚀性。此外，还需根据原料和工艺过程的不同，提供多种实验室磨机及筛分机，以便将原料适当地碎化，并满足相应规范的要求。