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摘要生物质能是一种极具前景的可再生能源，可用于缓解目前的能源危机。在现有的生物质中，微藻具有生长迅速且有机物含量高等优点，结合厌氧发酵的方法将其转化为生物燃料，经济效益高，极具发展潜力。但由于微藻细胞壁结构致密，会阻碍发酵菌对胞内有机物的转化利用，因此通过预处理的方法破坏微藻细胞壁结构，促进胞内有机物的析出和水解，可以有效的提高发酵效率。在现有的预处理方式中，水热水解预处理具有较高的经济效益，可用于大规模工业化应用。因此本文研究微藻浆液的连续式水热水解过程，主要分析其流变特性、对流换热特性和连续式水解水解特性。<br>　　研究微藻浆液的流变特性，发现藻浆在低温以及亚临界温度下均表现出剪切稀化的非牛顿流体性质。但不同于低温段（20~70℃）下藻浆粘度随温度增加而略微降低的规律，在 80~200℃的范围内藻浆粘度随温度的增加先增加后降低，原因在于藻浆在该温度范围内发生水热反应，其中，影响藻浆粘度变化的主要反应为有机物中的淀粉糊化和蛋白质变性。同时，研究发现藻浆最大粘度对应的温度值随剪切速率的变化而变化，原因在于淀粉糊化和蛋白质变性相互影响并共同作用于微藻浆液的粘度变化，且在不同剪切速率下淀粉糊化和蛋白质变性对粘度变化的影响程度不同。在亚临界温度下，藻浆粘度随浓度的变化规律与低温段一致，即粘度随浓度的增加而增加，但由于水热水解过程中生化反应的影响，使藻浆粘度随浓度增加而增加的幅度不同。最后，实验获得了藻浆的热物性参数粘度、密度、导热系数和比热容随温度变化的经验关联式。<br>　　研究了具有水热水解反应的微藻浆液的流动换热特性，发现在藻浆浓度为 5，10 wt.%，流量为6~14 L/h时，藻浆均处于层流状态；随着流量的增加，对流换热系数增加，入口段长度减小。随藻浆浓度的增加（0.5~10 wt.%），对流换热系数先略微增加后减小，其原因在于当藻浆浓度较低时，微藻细胞在管内的径向迁移所导致的非均匀热传导有利于增强换热，藻浆浓度的增加可以增强该过程；当藻浆浓度较高时，藻浆粘度随其浓度的增加而显著增加，导致雷诺数降低，削弱换热。由于高浓度藻浆属于非牛顿流体，因此平均努赛尔数的变化除了受到雷诺数、普朗特数的影响，还受到幂律指数的影响，其中平均努塞尔数与雷诺数和普朗特数的变化呈正相关，和幂律指数的变化呈负相关。其原因在于幂律指数的降低会增强藻浆的剪切稀化特性，进而增强换热。最后获得了藻浆对流换热的经验关联式，可用于藻浆大规模连续式水热水解预处理反应器的对流换热的设计计算。<br>　　研究了微藻浆液的连续式水热水解特性，分析了微藻胞内有机物的析出及反应。研究发现随加热段藻浆出口平均温度的增加，水相中碳水化合物产率呈现先增加后降低的趋势，原因在于藻浆出口平均温度的增加会进一步破坏微藻细胞的结构，促进胞内有机物的析出，当温度过高时，水相中水解生成的还原糖会与蛋白质的自由氨基结合发生美拉德反应，导致碳水化合物产率降低。与碳水化合物产率的变化规律不同，蛋白质产率呈现整体的增加趋势，原因在于蛋白质在200℃的水热水解温度下难以水解，美拉德反应也不能破坏蛋白质的整体结构，因此其产率无下降趋势。随保温段停留时间的增加，水相碳水化合物产率先增加后略微降低，水相蛋白质产率先增加后基本保持不变，原因在于随停留时间的增加，碳水化合物和蛋白质均逐渐由微藻细胞内析出进入水相，其中碳水化合物的析出速率高于蛋白质。而随停留时间的进一步增加，美拉德反应的发生会导致碳水化合物的产率略微降低，而对蛋白质产率无显著影响。藻浆浓度和流量均通过影响加热段中微藻浆液的径向温度分布，使部分微藻细胞结构的破坏程度改变，进而使有机物的水相产率发生变化。<br>　　通过响应曲面法比较了各因素对水相有机物产率的影响程度，发现藻浆浓度、加热段出口温度、保温段停留时间对水相碳水化合物产率的影响程度依次降低，而不同因素对水相蛋白质产率的影响程度由高到低依次为加热段出口温度、藻浆浓度和保温段停留时间。同时发现藻浆浓度和加热段出口温度具有显著的交互作用，进一步证明藻浆浓度通过改变加热段的径向温度分布影响有机物的水相产率。拟合的水相碳水化合物和蛋白质产率的经验关联式，可在一定程度上预估不同工况下藻浆连续式水热水解预处理的水相有机物产率。