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玉米秸秆的简单加工及深加工新技术研究

发布时间:2015-05-17 14:37 新闻来源:未知 作者:admin
玉米秸秆的简单加工及深加工新技术研究
作者:孙宏闯 文章来源:沈阳农业机械化研究所   2007-8-14
        摘要:我国农村秸秆尤其是玉米秸秆产量十分巨大。利用农产品废弃玉米秸秆进行简单加工及深加工可以提高玉米秸秆的综合利用技术水平,现在这类新技术、新方法有很多。本文首先对玉米秸秆两种简单加工方法,即畜禽饲喂揉丝新技术,温室无土育苗基质制作新技术,进行了简要的概述。然后又对利用玉米秸秆进行深加工的四项新技术进行了介绍:1、秸秆气化及气化发电新技术。2、制作全降解餐具及全降解包装袋新技术。3、畜禽生物秸秆颗粒饲料加工新技术。4、皮穰分离造纸、人造板、饲料、木糖生产新技术。通过这些新技术达到最少的投入最大的产出,实现资源效益的最大化,促进农民增收致富,促进农业尽快实现集约化、产业化、工业化
        关键词: 玉米秸秆 简单加工 深加工 新技术
        农产品加工业的发展是与现代农业的发展密不可分的,“十一五”期间,要想实现农业增效,农民增收和农产品的竟争力增强,离不开做好农产品加工这篇大文章,做好了这篇文章,我们才能把资源优势变成产品优势,再由产品优势变为市场优势。“十一五”期间,农业要发展,农产品加工业是一个亮点,一个闪光点,农产品尤其是附属废弃物就地取材,就地加工,变废为宝,成倍增值。为了使农产品加工业良好稳定地向前发展,应成立全省的农产品加工实用新技术研发基地,基地性质应为股份制,如领导感兴趣,本人愿就这个问题另外进行专门的汇报与讨论。
        我国目前秸秆总产量近6亿吨。利用率仅约为33%,经过简单加工和深加工处理利用的占原始总量不足1%。尤其是我国中部地区河南、河北、山东、山西等小麦玉米轮作地区种小麦时,玉米秸秆就地焚烧黑烟滚滚遮天蔽日,造成严重的环境污染和资源浪费,影响航空和公路交通的正常运行,造成了严重的社会问题。玉米秸秆资源数量巨大,生产加工具有十分广阔的空间。玉米秸秆是农作物的重要副产品,也是工、农业生产的重要原料。今后随着政府的高度重视,农业科技水平的不断提高,玉米秸秆的加工利用必将快速发展。
        1、玉米秸秆简单加工新技术
        这里我们分析两项玉米秸秆简单加工新技术:一是牛羊等饲草禽畜饲喂玉米秸秆揉丝加工新技术,二是温室育苗无土栽培玉米秸秆基质加工新技术。这两项技术的特点是:操作简单、制作容易、实用效果好、经济效益显著非常受农民欢迎。
        1.1 牛羊等食草禽畜饲喂玉米秸秆揉丝加工新技术
        目前在我国广大的农区尤其是玉米产区,使用机器对玉米秸秆进行揉搓处理饲喂食草型畜禽。这种简便的揉搓加工技术是最近几年出现又迅速普及的新方法,这种方法具有十分明显的优点及非常适宜的实用性。它不仅可以将不同含水率的秸秆加工后直接饲喂,而且经揉搓后的秸秆为柔软蓬松的丝状物,可以改变适口性,有益牲畜消化,另外还有利于进行其他生产加工。根据用户生产的实际需要,生产厂家研制出了一大批各式各样的揉搓加工设备。尤其是其中有一种小型的揉搓、粉碎、铡切三用机最具代表性。这种小型机以单项照明电为动力电,是集揉搓、粉碎、铡草为一身的多功能设备,使用起来非常方便。因其造价低、功能多、适用性好、实用性强倍受农区饲养户的欢迎,也成了他们离不开的好帮手。
        1.2 温室育苗无土栽培玉米秸秆基质加工新技术
        过去进行温室育苗无土栽培的机质,主料需要外购,是一项即花钱又费事的工作。在农业工程技术人员的努力下,采用玉米秸秆加工温室育苗无土栽培基质获得成功。这项加工新技术,主料是玉米秸秆取自身边不用花钱。它的加工工艺是用三用机将玉米秸秆铡搓成小碎块,然后进行常规的消毒灭菌处理,再根据玉米秸秆的特点和实际生产需要,添加定量的料剂进行充分的搅伴后,按发酵要求进行发酵处理。这项技术经济、省事、好掌握。
        2、秸秆深加工新技术
        对玉米秸秆进行深度变性加工及重复多层次加工达到废弃物高效利用,获得高附加值,以相对低的投入获得高的产出和回报率。我们将讨论以下四项深加工新技术。
        2.1 秸秆气化工程技术与气化发电新技术
        2.1.1 玉米秸秆气化与气化发电的意义
        利用玉米秸秆气化与气化发电,可解决大量农业废弃物的浪费和环境污染问题。秸秆气化工程将普通废弃玉米秸秆变成清洁的燃气,解决农户日常燃用和冬季采暖节能、利废、环保提高了农民生活水平,促进了农村经济发展。秸秆气化发电以玉米秸秆为生产原料,投资较小,容易实现,尤其是距输电网较远的地方,入网投资大,供电困难,利用当地剩余弃用的玉米秸秆为原料气化发电,就解决了这个难题,将在改变偏远农村的落后面貌工作中起到决定性的作用。
        2.1.2 玉米秸秆气化与气化发电过程
        气化发电过程包括三步:一是气化,即将生物质原料变为气体燃料;二是气体净化,气化出来的气体带有一定的颗粒和焦油等有害成分,经过净化系统把这些杂质除去(前两步过程即气化工程制气的过程);三是发电,利用内燃机或燃气轮机把可燃气体中高品位的能量转换为电能,其余低品位热能由余热锅炉回收,再由蒸汽轮机发电。解决好这三方面的技术,使之协调运转是气化发电技术的关键。
        2.1.3 玉米秸秆气化工程与气化发电工程装备系统
        目前秸秆气化工程系统很多,已处于开发阶段,因此省去其讨论只介绍气化发电。气化发电采用流化床方式气化系统。为了了解秸秆气化发电工程装备系统的结构和性能特点。下面以1MW循环流化床秸秆气化发电系统为例讨论。
        系统简介:本系统以玉米秸秆等做燃料。主要技术指标为:发电容量为1000KW。
        技术路线:
        生物质——气化——燃气净化——燃气发电——排气
        其中燃气净化产生的废水经电凝聚处理后可循环使用或排放。
        气化炉采用循环流化床气化炉。净化系统工程将除尘和除焦,包括惯性除尘器、旋风除尘器、文氏管和水洗塔等,惯性除尘器兼有热回收作用。发电设备采用柴油机改装的发电机采用机组并联,整个系统由进料机构、燃气发生装置、燃气净化装置、燃气发电装置、控制装置、废水处理设备等部分组成。
        2.1.4 经济分析及改进方向
        从经济性分析,设备和土建投资气化发电与燃煤发电不同,1MW发电机组相比气化发电单位投资只需3500元/KW,煤电单位投入约6000元/KW。发电成本气化远低于燃煤。目前看,秸秆气化焦油问题仍未从根本上解决,二次污染解决方法应进一步提高,但各技术关键已基本成熟,具备了气化发电技术发展的基础条件。
        2.2 玉米秸秆制作全降解餐具及全降解包装袋新技术
        利用玉米秸秆为原料制做全降解发泡餐具的技术与生产设备是绿色的技术与产业,为大量弃置的玉米秸秆找到了很好的出路。其意义还不仅如此,随着经济的发展和旅游业的兴起,人们对一次性快餐具的需求量愈来愈大,而我国目前使用的几乎都是EPS泡沫塑料快餐具,这种餐具大量弃掷,到处都是,形成了从所周知的“白色污染”。它的处理最让人头痛,埋入地下百年不烂,劣化了土壤;焚烧处理会产生有毒气体污染空气。而秸秆全降解发泡餐具原料来源广泛易得,成本低廉,防水阻油性能好,强度高,隔热性能好,可完全生物降解,生产过程无污染,替代EPS发泡工艺技术及JYK品牌设备导入绿色餐具生产领域,生产环保、节能、利废的绿色产品。
        JYK秸秆全降解餐具成套设备是以玉米秸秆为原料,同时添加由多种物质综合而成的辅助材料,经交联发泡成形,再经干燥、消毒等工序制成一次性可降解发泡餐具。通过更换主机模具,可生产出各种规格的一次性碗、盘、杯、碟、快餐盒、蛋糕盒、方便面盒等绿色餐饮具。
        产品的工艺流程:
        原料——粉碎——混合搅拌——分料——交联发泡成形——制品淋涂防水、防油剂——包装——干燥消毒
        生产配套设备情况:
        主机设备:有成型机,分双模气动成型机和双模机械自控成型机。配套设备:有粉碎机分片式和涡流式,有搅拌机分卧式和立式。有淋涂机分Ⅲ型和Ⅳ型。有干燥机分Ⅲ型和Ⅳ型。
        全降解包装袋新技术与前者机理相同,机械简单生产容易略去讨论。
        2.3 生物秸秆颗粒全价饲料制作新技术
        生物秸秆颗粒全价饲料制作新技术是借助生物、化学的双重作用,把秸秆转化为高营养、高效能的生物饲料。可以代替部分粮食饲料喂养牲畜,一般可降低饲养成本30%。农作物秸秆粗纤维含量高,难以被动物消化吸收,可利用养分少,适口性差,在饲料分类学上归为粗饲料。生化工程秸秆饲料的技术原理是利用最新生物工程技术成果,培育出的工程菌。这种工程菌是在自然条件下能迅速繁殖并高效分泌纤维分解酶的生物菌。这些霉菌、担子菌、细菌在相关化学物质的中和作用下,进行一系列复杂的生物化学处理,改变了秸秆的物理化学性质。其所含的粗纤维降解为动物容易消耗吸收的单糖、双糖、氨基酸等小分子物质,从而提高了饲料的消化吸收率,起到了饲料机械起不到的深度生化加工作用。同时在秸秆生物处理过程中还产生并积累大量营养丰富的微生物菌体蛋白及其它有用的代谢产物。如有机酸、醇、醛、酯、维生素、抗生素、微量元素等,使饲料变软变香营养增加。它还含有多种消化酶及多种促进生长因子,能增强动物的抗病能力,促进生长发育。有些代谢产物对饲料还具有防腐作用。
        用这种方法生产的秸秆生物原料,按配方软件混拌出秸秆全价生物原料,再用最新的颗粒生产设备加工颗粒饲料。在制粒过程中,自动升温糊化、熟化能较好的保持原料中各种营养成分不受损失,并有效的杀灭沙门氏菌等各种有害菌,秸秆添加比例大。该设备可一次完成制粒成型,生产出多种优质全价秸秆颗粒饲料。目前饲料颗粒成型机的生产厂家很多,根据制粒机理的不同有平模型、环模型和模压型等,而又针对其生产效率的不同形成了各自的系列。用户可以根据自己的养殖数量、生产规模、加工类型选用不同的颗粒饲料加工设备。饲料颗粒化是世界饲料工业发展方向,秸秆生物颗粒饲料特点如下:
         ⑴、品质优良营养丰富,适口性好,动物采食量大。
         ⑵、制粒升温糊化熟化,有利于动物消化,又有灭菌功能。
         ⑶、饲料密度增大,体积明显减少,便于存储运输。
         ⑷、防止挑食,减少浪费,避免粉尘损失杜绝饲料板结。
         生物秸秆颗粒全价饲料生产的工艺过程是:原料粉碎、生物发酵、按配方配制全价饲料、制粒成型(熟化、糊化、干燥、成型)、称量包装、产品出厂。
         对应于上述工艺过程的设备配置是:粉碎机、发酵池、搅拌机、颗粒饲料成型机、磅秤加封袋机。
         我们相信随着新技术、新设备、新工艺、新产品的不断出现农作物秸秆废弃的会越来越少,秸秆饲料的普及程度使用效果会越来越好。
         2.4 玉米秸秆皮穰分离做原料进行深加工技术
         将玉米秸秆经加工达到皮穰分离,再以分离后的皮、穰为原料分别进行产业化精深加工制成各种产品。玉米秸秆皮中主要含有木质纤维,而且其纤维强度高,韧性好,其性能指标高于稻、麦秸秆。玉米秸秆穰中含糖、粗蛋白、淀粉等营养成分多,其性能指标和质量也高于稻草和麦秸。因此将玉米秸秆皮穰分离后分别加工不同产品可拓宽应用领域,改善应用性能,提高利用价值。现有玉米秸秆皮穰分离机,可将玉米秸秆皮穰一次分离开。其原理是机具轮组夹住秸秆向前直线送料,利用悬于秸秆轴线上方的契形展刀将秸杆的上腹剖开,再由旋钻刀具将秸穰从腹中旋钻分离掉。
        工艺过程:
        选料——上料——剖分——钻穰——打捆(装袋)
        2.4.1、玉米秸皮在造纸行业的应用
        由于造纸原料的紧张以及新原料的开发加工技术的发展,秸秆已逐渐被开发利用。玉米秸在纤维强度、韧性、价廉等方面要优于其它秸秆,因而为造纸行业所青睐,但也存在一些问题:一是制成的浆液粘度较大,技术上增加了难度;二是出浆率较低,一般出浆率只有25%左右。三是生产中投入的辅料量增多,成本增加,效益下降。用玉米秸皮做原料可极大地改善其应用性能,由于纤维成分主要存在于玉米秸的外皮中,所以秸皮强度高,韧性好,近似苇子,是制作纸张的较好原料,其工艺和原辅料配方应与苇子一样。目前应用玉米秸皮生产出的35g、50g有光纸的各项质量指标基本上与苇浆纸相同,出浆率达41%。
        2.4.2 玉米秸皮在人造板行业的应用
        以目前市场上出现的玉米秸秆粉碎后制成的人造板,由于其中玉米秸穰的存在,使成品板吸水性强,遇潮湿易变形,产品质量难以提高。现在由于除去了含纤维较少的秸穰及叶,使原料质量有了根本的改观。成品板质量有了很大提高。玉米秸皮人造板与刨花板相比,具有表面光洁度好,美观大方,静曲强度和平面抗拉强度较高等优点,可在很多领域里广泛应用。可做地板、天花板、隔墙板及家具等。
        2.4.3 玉米秸穰在饲料生产上的应用
        玉米秸穰中蛋白质、淀粉和糖类的含量之高是稻草、麦秸等无法与之相比的,所以在饲料生产上玉米秸的皮穰分离是其质量提高的一项主要措施。
        稻草、麦秸、玉米秸秆、玉米秸穰营养成分表
        名称        干物质% 粗蛋白% 粗脂肪% 多缩戊糖% 可消化粗蛋白%
        稻草             89        2.9       1.3        2
        麦秸             91        3.5       0.8        8
        玉米秸秆       91       7.8       1.9       16           20
        玉米秸穰    10.9     2.41      17.7     29.4
        用整株或铡断的玉米秸秆喂牛,牛只吃些梢叶,粗秆部分皆剩下,牛增重低,饲养周期长,属于低效益维持状态。采用玉米秸穰饲料喂牛,营养价值高。适口性好,牛增重快,饲料成本低,浪费少,经济效益显著提高。
        2.4.4 利用玉米秸穰生产木糖
       木糖存在于半纤维及糖甙中,木糖可作为糖尿病人的甜味剂,其甜度约为蔗糖的70%。工业上,木糖及衍生物在化工、医药、制革等工业部门应用广泛。
        我国是玉米生产的大国,可以利用玉米秸穰生产木糖,这样就可以除去大部分木质素及纤维素有效地提高成品收率。秸穰在硫酸的催化作用下,其中的多缩戊糖水解生成木糖:(C5H8O4)n+nH2OnC5H10O5。木糖经过一系列合理有效的生产过程,制备成纯度大于98%的木糖晶体。其工艺流程如下:
        原料预处理——水解反应——脱色、除酸、去杂——蒸发结晶——离心干燥
       木糖是一种用途广泛,可以出口创汇的产品,利用玉米秸穰生产木糖,可以极大的提高农业附产品的精深加工水平,实现农业废弃物的大幅再增值。
       废弃玉米秸秆做生产原料进行产业化加工的门类有很多,应用的面也很广,产生的效益也非常大,上面介绍的各项技术是从产业化生产角度提出并讨论的。但就每一个农户而言,都可以针对自身的实际情况,行之有效地进行玉米秸秆的利用。当大多数农户都掌握了这类加工技术,大多数的玉米秸秆都进行加工和深加工,我们的农民兄弟就会普遍致富,农村的面貌就会产生根本性的改变,农业就会向现代化大步前进。

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