随着化石能源的枯竭和环境恶化,开发新能源已成为必然趋势。生物质能作为一种可再生新能源,已成为当今世界的研究热点。我国农作物秸杆储量丰富,是一种理想的生物质能源。但是利用农作物秸秆生产纤维乙醇的技术还不完善,尤其是预处理技术。秸秆复杂的内部结构阻碍了纤维素酶的可及性。并且秸秆在备料时,由于收集、运输和一些人为原因,秸秆中掺杂了泥沙、石子等杂物,这些杂物会影响后续发酵工艺,增加设备的磨损和故障率。因此,为防止对后续设备的磨损,同时提高纤维素的转化率,国内外通常采用湿法备料工艺。湿法备料是指先对农作物秸秆进行水洗除杂,然后挤压脱水,最后再进行蒸汽爆破预处理。现在,秸秆洗涤装置采用的是造纸行业中使用的水利碎浆机,其结构笨重,功耗大,洗涤效果差。国内对秸秆洗涤装置的研究较少,因此有必要对秸秆洗涤装置进行深入的研究和探讨。本课题自行设计并加工制造新型秸秆洗涤装置,以小麦秸秆和玉米秸秆为试验原料,对搅拌叶片形式、秸秆尺寸和下进水口流量进行了优化。主要研究了搅拌转速、进水量和进料速度对含水量、除杂率和单位产量功耗的影响。并以单位产量功耗为响应值,对搅拌转速、进水量和进料速度三个因素进行了响应面优化试验研究,为新型秸秆洗涤装置的推广和使用提供了参考。(1)提出了一种新型秸秆洗涤装置,采用整体式叶片、上下进水口结构和堰流式出料口。整体式叶片能将秸秆压入水中进行分散搅拌洗涤,下进水口可避免秸秆下沉至杂物收集器,堰流式出料口的出料容易和避免大量洗涤水排出。(2)通过叶片形式的对比试验研究,得到栅条式叶片的性能好。对本装置的下进水口流量进行研究,得到保证小麦秸秆和玉米秸秆不下沉的流量分别为1000L/h和1500L/h。(3)以小麦秸秆为原料对洗涤装置进行单因素试验研究,得到改变搅拌转速、进水量和进料速度均可改变洗涤后小麦秸秆含水量、除杂率和单位产量功耗。在搅拌转速为10r/min、进水量1.4倍饱和进水量和进料速度1500kg/h时,单位产量功耗最小,其值为9.25kJ/kg。(4)通过响应面优化试验得出,在转速为9.5r/min、进水量1.35倍饱和进水量、进料速度1400kg/h时,单位产量功耗最小,其值为8.72kJ/kg。验证试验结果与预测结果之间的误差为1.61%,模型可用于试验设计及预测。(5)以优化操作条件对玉米秸秆进行洗涤试验,得到单位产量功耗为8.97kJ/kg。(6)通过ANSYS Workbench对不同结构叶片进行流固耦合优化分析,得到后弯半径750mm时叶片性能最佳。并设计多级洗涤装置,实现对秸秆的连续多级洗涤。